基于云與stm32通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：本文是基于OneNET云平臺(tái)與STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)的一種智能通風(fēng)系統(tǒng)。外部設(shè)有溫濕度傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù)，并可上傳到OneNET云平臺(tái)進(jìn)行顯示，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置溫濕度閾值，判斷是否可以開(kāi)啟通風(fēng)模塊進(jìn)行通風(fēng)。當(dāng)溫度與濕度過(guò)高時(shí)自動(dòng)打開(kāi)通風(fēng)模塊進(jìn)行通風(fēng)，并在云平臺(tái)顯示當(dāng)前狀態(tài)，而當(dāng)溫濕度低于閾值下限時(shí)自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)模塊停止通風(fēng)。并且在云平臺(tái)也可以手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制此通風(fēng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：云平臺(tái)，通風(fēng)系統(tǒng)，溫濕度監(jiān)控

1引言

隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模的不斷壯大，在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及公共場(chǎng)合中，需要進(jìn)行通風(fēng)等。目前國(guó)內(nèi)大部分通風(fēng)率仍然處在一個(gè)很低的水準(zhǔn)，市場(chǎng)仍然被手動(dòng)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)占據(jù)。致使室內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，在工業(yè)與農(nóng)業(yè)方面造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至在密閉的工業(yè)實(shí)施廠(chǎng)所使得人員健康受到損害。尤其在礦井，大棚溫室，養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域，原本的通風(fēng)設(shè)施已不能滿(mǎn)足需求。因此，隨著科技的進(jìn)步與物聯(lián)網(wǎng)的飛快發(fā)展，智能通風(fēng)系統(tǒng)必定逐漸取代自然通風(fēng)和手動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)。所以我們有必要設(shè)計(jì)一個(gè)智能通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)改善我們生活與工作時(shí)的室內(nèi)通風(fēng)情況。本課題是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于中國(guó)移動(dòng)云平臺(tái)和STM32單片機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)溫濕度自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行通風(fēng)，當(dāng)溫濕度恢復(fù)正常時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。使用者也可在手機(jī)云平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制通風(fēng)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了智能化與自動(dòng)化控制。

2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為基礎(chǔ)，設(shè)備通過(guò)API接口接入OneNET云平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與應(yīng)用，利用PC端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制通風(fēng)模塊。因此為實(shí)現(xiàn)以上功能要求，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由硬件終端，OneNET云平臺(tái)與應(yīng)用端三部分組成。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)功能主要由兩部分組成。第一部分功能是系統(tǒng)硬件端通過(guò)EDP協(xié)議接入OneNET云平臺(tái)，溫濕度傳感器收集到溫濕度數(shù)據(jù)傳遞給主控芯片，然后主控模塊通過(guò)控制算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，向通風(fēng)模塊下達(dá)控制命令。同時(shí)主控模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊傳輸給OneNET云平臺(tái)。另外一部分功能是第二個(gè)核心功能是PC端網(wǎng)頁(yè)作為系統(tǒng)應(yīng)用端與 OneNET平臺(tái)連接，實(shí)時(shí)顯示溫濕度數(shù)據(jù)和通風(fēng)模塊的工作狀態(tài)。同時(shí)應(yīng)用端還設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3系統(tǒng)硬件概述

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分采用嵌入式技術(shù)，硬件部分系統(tǒng)主控芯片選用STM32F103CBT6單片機(jī)，外部設(shè)有SHT20溫濕度傳感器，ESP8266 Wifi模塊以及通風(fēng)模塊。硬件結(jié)構(gòu)連接如圖2所示。

系統(tǒng)連接電源以后，主控模塊控制其它各個(gè)模塊初始化，傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊，隨后將其傳遞給 ESP8266Wifi 模塊。Wifi 模塊與 OneNET云平臺(tái)連接，將數(shù)據(jù)上傳到平臺(tái)與PC端網(wǎng)頁(yè)實(shí)時(shí)顯示。主控模塊內(nèi)部判斷溫濕度是否達(dá)到閾值，如果溫度或濕度高于閾值上限，啟動(dòng)通風(fēng)模塊。若溫度或濕度低于閾值下限，自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)模塊。

4系統(tǒng)的軟件概述

本系統(tǒng)的軟件主要包括主程序、溫濕度程序和連接Onenet云等，主要部分介紹如下。

主程序是單片機(jī)程序的中心部分，是最先執(zhí)行的部分，它能夠調(diào)用子程序，但是任意子程序不會(huì)調(diào)用主程序。單片機(jī)上電后，首先對(duì)定時(shí)器，串行通用接口，外圍硬件等進(jìn)行初始化，利用蜂鳴器鳴叫的提示來(lái)判斷成功接入Onenet，接下來(lái)添加if語(yǔ)句執(zhí)行while（1）死循環(huán)函數(shù)，在此函數(shù)中先采集溫濕度數(shù)據(jù)，然后調(diào)用ESP8266，將溫濕度數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)顯示并判斷是否進(jìn)行通風(fēng)。

溫濕度傳感器軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)溫濕度傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行感知檢測(cè)，進(jìn)行溫濕度計(jì)算后，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送到STM32芯片處理。然后自動(dòng)判斷是否進(jìn)行通風(fēng)。具體過(guò)程包括包括SHT20復(fù)位，SHT20讀取寄存器，檢查數(shù)據(jù)正確性，溫濕度計(jì)算，測(cè)量溫濕度和獲取溫濕度數(shù)據(jù)六個(gè)步驟。限于篇幅僅給出濕度計(jì)算代碼，如下圖3所示。

5整體測(cè)試與總結(jié)

本系統(tǒng)是基于云平臺(tái)與STM32的通風(fēng)系統(tǒng).系統(tǒng)整體測(cè)試主要是測(cè)試傳感器能否采集溫濕度數(shù)據(jù)并上傳至云平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，測(cè)試云平臺(tái)能否遠(yuǎn)程控制通風(fēng)設(shè)備以及通風(fēng)系統(tǒng)能否自動(dòng)觸發(fā)等的測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試，各模塊工作正常，通風(fēng)系統(tǒng)在溫度與濕度過(guò)高時(shí)自動(dòng)打開(kāi)通風(fēng)模塊進(jìn)行通風(fēng)，并在云平臺(tái)顯示當(dāng)前狀態(tài)，而當(dāng)溫濕度低于閾值下限時(shí)自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)模塊停止通風(fēng)。并且在云平臺(tái)也可以手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制此通風(fēng)系統(tǒng)。如圖4所示。

趙暉山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（趙暉女山東淄博人 ?1973-）

研究方向：網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信