论文总字数：30905字

目 录

摘要 I

Abstract. II

1 绪论 1

1.1 论文研究背景以及意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.4 采集系统的组成 2

2 采集系统的硬件设计 3

2.1电源模块 3

2.1温度采集模块 5

2.1.1 PT100传感器模块 5

2.2.2 AD7794 6

2.2 湿度采集模块 7

2.2.1SHT10的特性 7

2.2.2 SHT100的说明 8

2.3 气压采集模块 9

2.4 通信模块 10

2.5主控制器和开发环境 12

2.5.1 主控制器 12

2.5.2 开发环境 13

2.6 硬件系统实现 14

2.7 系統程序设计 14

3 采集系统的软件设计 16

3.1软件的开发平台简介 17

3.1.1 运行框架 17

3.1.2 开发工具 18

3.1.3开发语言 18

3.2采集系统界面 18

3.3通信方式 19

4 系统焊接与调试 20

4.1硬件电路的焊接 20

4.2系统的调试 20

4.3系统的成果展示 21

4.4实验结果与分析 22

4.4.1界面波形显示 22

4.4.2实验数据分析 23

5 总结 24

参考文献 24

致谢 26

附录 27

程序 27

基于STM32的科学环境记录仪

王懿泽

，China

Abstract：In the laboratory, environmental factors and experimental operations are very closely linked, accurate meteorological data measurement, for the operation of the laboratory and the preservation of chemical substances is of great significance. In recent years, most of the meteorological data acquisition systems used in the laboratory are simply "transplanted", so that the collected data is not representative and can not visually see the data changes in the time period, and the traditional system integration is low , Power consumption, error, data is not enough objective, can not save a series of problems. In view of the problem of traditional acquisition system, this paper designs a meteorological element recorder specially designed for scientific environment.

This article uses an integrated meteorological data acquisition system to optimize. By using the main processor STM32, the temperature sensor PT100, the humidity sensor BMP180, the barometric pressure sensor SHT10, the analog-to-digital conversion module as the hardware system, the sensors are integrated and the collected types are abundant. And then through the serial communication to achieve data transmission, pc machine as the host computer for data processing and storage, the host computer software system to .NET for the framework of the C # for the development of language, and the use of database connection technology to complete the entire system software development.

 Key words: STM32 PT100 BMP80 SHT10 Upper Monitor

1 绪论

1.1 论文研究背景以及意义

近年来，经常出现实验室因为化学试剂的问题导致爆炸或者其他等危害，事情的后果让我们不经要思考原因所在，实验室作为一个封闭性较好的环境，人为的可能性几乎微乎其微，那么我们就要考虑到实验室的室内环境的变化导致一些易燃易爆的化学物品的失控，也许只是单纯的时间段内温度的几摄氏度的上升，导致火灾的发生。

实验室的标准温度为20℃,一般检测间及试验间的温度应在20±5℃， 线值计量标准间为20±2℃，电工与无线电专业的标准间和线值计量的计量检测仪器间为20±3℃。实验室内的相对湿度一般应保持在50－70％。所以当我们在做一些科学实验时，一些细小的环境问题所造成的误差都会导致研究数据的偏差，这些问题存在身边，很容易不被注意到。在科学实验时，我们需要实时了解自己当时所处环境的气象要素比如：温度，湿度，气压等等，这样，拥有一个严谨的工作态度和良好的工作环境可以使我们的实验数据更加精确。

其次，当实验室保存一些化学试剂盒一些金属时，严格的环境要求显得十分必要，空气的湿度以及温度都很可能导致物质的氧化挥发，导致液体的浓度降低和金属的氧化。所以一个集成的气象数据采集系统显得很重要，并且通过显示屏显示房间内的气象数据的实时波形，了解到实验室的环境，以便于控制，并且可以通过数据库保存，以便以后分析。

1.2 国内外发展现状

现在的实验室中，越来越多重要的化学试剂和金属的存放，使得实验室的环境要求显得越发的严格，对气象数据的控制也十分关键。许多的开发人员也在此做了很多努力，也得到了一些效果。但是大多数的是将气象采集系统直接用于实验室，这样笼统的照搬，也许在一些方面可以得到效果，但是在细微之处仍然力不从心。

传统的气象数据采集只是单纯的通过一些传感器来进行数据的采集，然后在显示屏上进行直接显示，这样的数据无法进行数据保存，更重要的，只通过简单的数据显示，这样无法做到直观清晰的观测到该段时间内气候的变换情况。并且之前的采集系统大多数采用很基本的单片机进行处理，这样导致传感器的反应慢，无法及时得到数据，另一点是功能的单一，无法全面，系统的进行数据采集。其次系统开放性较低，接口标准不一致，在传感器维修和替换的过程，耗费更多的人力，财力。不能够满足当代传感器的发展节奏。技术水平的发展滞后，国产的传感器在稳定性，精度等方面与进口传感器差距较大， 同时观测面较窄，仅限气象六要素，其它气象要素测量的扩展较少。多数国产气象采集器都是配套使用，不能够在现有的采集器上进行补充，这样导致资源的重复和浪费。

针对以上的问题分析，将多项气象传感器集成到一块板子上，针对实验室严格的环境要求，选用精度高，反应快，功耗低的传感器，使用处理速度快的住处理器，不仅仅只是单纯的进行数据显示，通过串口通信将所采集到数据传输到PC机上，通过软件的显示，该实验室环境下的温湿度，气压数据，并且通过波形的方式显示，通过对比波形的变化，了解到实验室的环境情况，最后用数据库进行保存，以便以后的分析。

1.3 论文的研究方向以及价值

如今，人们对气象服务越发的依赖，所以一种能在特点地点监控气象数据的便携式气象监测系统便应运而生，能过为实时气象服务提供重要的数据，从而进一步提高了天气的预警功能。近阶段，传统的采集系统由于繁琐、成本高，并不适用于特定的气象服务。因此设计一种便携式的气象采集监控系统显得很有价值[^[1]]。

首先本设计针对的是实验室，实验室作为一个对环境要求严格的对象， 首先，精度高，误差小是最基本的要求，其次，要能够及时的反应数据，并且能够直观的显示数据的变化幅度情况，紧接着，要占用较小的地方，便携性要好，可以随时随地的使用，

本文的主要研究方向是基于STM32微控制器的温湿度，气压采集系统，通过串口通信设备同时利用c#语言编写上位机软件，实时接收采集数据并在pc机上显示数据的实时变化波形，便于直观的了解特定区域的气象要素变化和分析、预测。

可以实时数据进行处理、显示以及数据库存储等一系列功能。并且本设计具有一下特点：

（1）体积小，便携性高，全面的系统的气象服务功能。

1. 适用于特定的环境中，保证气象信息的完整性
2. 通过计算机技术对数据进行一系列的处理，使气象信息的可靠性更强
3. 使用串口上位机技术显示气象数据，确保数据的实时性

1.4 采集系统的组成

本设计的采集系统全部工作流程是一个完整的体系，包括从气象要素数据采集到数据的处理分析以及到波形图的显示。主要组成：STM32的微控制器，气象要素传感器，AD7794数模转换，通信设备，上位机和电源模块。气象数据传感器可以将被测的物理量规律性的转化为方便直接或间接测量的器件，相对应的传感器可以将气象要素通过模数转换使之变成模拟的电压电流以及数字频率脉冲等。传感器对相对应的气象要数的感应和转换时与之相匹配的，并且是唯一确定的。

数据采集器的主要功能包括：数据的采集，处理，传输等。第一步，将各传感器相对应的输出信号转换成可以用于处理器处理的数量[^[2]]。然后通过相适用的算法对每个信号量进行相应的数据处理，最后依照指定的传输协议将观测数据进行上传。通信设备是整个采集硬件模块与上位机相互传输数据的通道。上位机软件主要包括显示、存储、查询气象数据信息，以便于数据的分析和保存以及起到预测的作用。

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