原標(biāo)題：基于32單片機(jī)ONENET物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（原理圖+代碼+教程）

基于32單片機(jī)ONENET物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。基于32位單片機(jī)的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以其高性能、低功耗和豐富的外設(shè)接口，成為設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)的首選方案。本文將詳細(xì)介紹基于32單片機(jī)（以STM32F103C8T6為例）和ONENET物聯(lián)網(wǎng)平臺的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)架構(gòu)、原理圖設(shè)計(jì)、代碼實(shí)現(xiàn)及詳細(xì)教程。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由STM32F103C8T6單片機(jī)、溫濕度傳感器（如DHT11）、光照傳感器（如BH1750）、煙霧傳感器、ESP8266 WiFi模塊、LCD顯示屏及按鍵模塊組成。系統(tǒng)通過STM32單片機(jī)實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)（溫濕度、光照強(qiáng)度、煙霧濃度），通過ESP8266 WiFi模塊將數(shù)據(jù)上傳至ONENET物聯(lián)網(wǎng)云平臺，并可在云端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理。

1.2 主控芯片選擇及作用

STM32F103C8T6單片機(jī)：

• 型號詳解：STM32F103C8T6是意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）推出的基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，屬于STM32F103“增強(qiáng)型”系列。它擁有高達(dá)72MHz的時(shí)鐘頻率，內(nèi)置64KB的閃存和20KB的SRAM，支持多種外設(shè)接口，如ADC、DAC、SPI、I2C、USART等，非常適合于需要高性能和復(fù)雜外設(shè)接口的應(yīng)用場景。

• 作用：STM32F103C8T6作為本系統(tǒng)的核心控制器，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲和通信。它通過I2C接口與傳感器模塊（如DHT11、BH1750）通信，讀取環(huán)境數(shù)據(jù)；通過USART接口與ESP8266 WiFi模塊通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸；通過GPIO接口控制LCD顯示屏和按鍵模塊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

二、硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)包括STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)、傳感器模塊電路、ESP8266 WiFi模塊電路、LCD顯示屏電路及按鍵模塊電路。

STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)：

• 復(fù)位電路：用于單片機(jī)的復(fù)位操作，確保系統(tǒng)啟動時(shí)處于初始狀態(tài)。

• 時(shí)鐘電路：為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號，確保單片機(jī)正常工作。

• 電源電路：為單片機(jī)提供穩(wěn)定的電源電壓，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

傳感器模塊電路：

• DHT11溫濕度傳感器：通過單總線與STM32單片機(jī)的某個GPIO引腳相連，用于采集環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)。

• BH1750光照傳感器：通過I2C接口與STM32單片機(jī)的I2C引腳相連，用于采集環(huán)境的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

• 煙霧傳感器（型號如MQ-2）：通過模擬輸入接口與STM32單片機(jī)的ADC引腳相連，用于采集環(huán)境的煙霧濃度數(shù)據(jù)。

ESP8266 WiFi模塊電路：

• ESP8266模塊通過USART接口與STM32單片機(jī)的USART引腳相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。ESP8266模塊作為系統(tǒng)的無線通信模塊，負(fù)責(zé)將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至ONENET物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

LCD顯示屏電路：

• LCD顯示屏通過并行接口與STM32單片機(jī)的GPIO引腳相連，用于實(shí)時(shí)顯示環(huán)境數(shù)據(jù)。

按鍵模塊電路：

• 按鍵模塊通過GPIO引腳與STM32單片機(jī)相連，用于實(shí)現(xiàn)用戶的人機(jī)交互，如設(shè)置參數(shù)、切換顯示模式等。

2.2 硬件選型及特點(diǎn)

• STM32F103C8T6：高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口，適用于復(fù)雜的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

• DHT11：性價(jià)比高，測量范圍廣，適用于一般環(huán)境監(jiān)控。

• BH1750：高精度光照傳感器，適用于需要精確測量光照強(qiáng)度的場景。

• MQ-2：常用的煙霧傳感器，對多種可燃?xì)怏w都有較高的靈敏度。

• ESP8266：低功耗、高性價(jià)比的WiFi模塊，適用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無線通信。

三、軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)使用Keil MDK-ARM作為軟件開發(fā)環(huán)境，該環(huán)境支持STM32系列單片機(jī)的編程、調(diào)試和仿真。

3.2 程序設(shè)計(jì)思路

1. 初始化：初始化STM32單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘、GPIO、I2C、USART等外設(shè)接口，以及各傳感器模塊和ESP8266 WiFi模塊。

2. 數(shù)據(jù)采集：通過STM32單片機(jī)的I2C接口讀取DHT11和BH1750傳感器的數(shù)據(jù)，通過ADC接口讀取MQ-2煙霧傳感器的數(shù)據(jù)。

3. 數(shù)據(jù)處理：對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如濾波、計(jì)算平均值等，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4. 數(shù)據(jù)上傳：通過ESP8266 WiFi模塊將處理后的數(shù)據(jù)上傳至ONENET物聯(lián)網(wǎng)云平臺。

5. 顯示與交互：將環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在LCD顯示屏上，并通過按鍵模塊實(shí)現(xiàn)用戶的人機(jī)交互。

3.3 部分代碼示例

DHT11初始化代碼：

u8 DHT11_Init(void) {

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA時(shí)鐘  

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; // PA5端口配置  

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽輸出  

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化IO口  

GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5); // PA5輸出高  

DHT11_Rst(); // 復(fù)位DHT11  

return DHT11_Check(); // 等待DHT11的回應(yīng)  

}

ESP8266發(fā)送數(shù)據(jù)到ONENET云平臺代碼：

void OneNet_SendData(void) {

MQTT_PACKET_STRUCTURE mqttPacket = {NULL, 0, 0, 0}; // 協(xié)議包  

char buf[256];

short body_len = 0, i = 0;

UsartPrintf(USART_DEBUG, "Tips: OneNet_SendData-MQTT
");

memset(buf, 0, sizeof(buf));

body_len = OneNet_FillBuf(buf); // 獲取當(dāng)前需要發(fā)送的數(shù)據(jù)流的總長度  

if (body_len) {

if (MQTT_PacketSaveData(DEVID, body_len, NULL, 5, &mqttPacket) == 0) { // 封包  

for (; i < body_len; i++)

mqttPacket._data[mqttPacket._len++] = buf[i];

ESP8266_SendData(mqttPacket._data, mqttPacket._len); // 上傳數(shù)據(jù)到平臺  

UsartPrintf(USART_DEBUG, "Send %d Bytes
", mqttPacket._len);

MQTT_DeleteBuffer(&mqttPacket); // 刪包  

} else  

UsartPrintf(USART_DEBUG, "WARN: EDP_NewBuffer Failed
");

}

}

四、調(diào)試與測試

在系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行調(diào)試和測試以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。調(diào)試過程中，可以使用Keil MDK-ARM的調(diào)試功能，對代碼進(jìn)行單步執(zhí)行、斷點(diǎn)設(shè)置等操作，以定位和解決程序中的錯誤。測試過程中，需要模擬不同的環(huán)境條件，如溫濕度變化、光照強(qiáng)度變化、煙霧濃度變化等，以驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

五、總結(jié)與展望

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于STM32F103C8T6單片機(jī)和ONENET物聯(lián)網(wǎng)平臺的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集環(huán)境的溫濕度、光照強(qiáng)度和煙霧濃度數(shù)據(jù)，并通過ESP8266 WiFi模塊將數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。通過詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)、軟件編程和調(diào)試測試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。未來，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，如添加PM2.5檢測模塊、增加語音報(bào)警功能等，以提高系統(tǒng)的智能化水平和用戶體驗(yàn)。