论文总字数：15248字

目 录

1引言 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本论文的主要工作 2

2系统总体方案设计 3

2.1系统的总体功能 3

2.2总体设计方案 3

3系统硬件设计 4

3.1 STM32主控制模块 4

3.2温湿度采集模块 6

3.3光照强度采集模块 9

3.4 PM2.5 检测模块 11

3.5 OLED显示屏模块 14

4系统软件设计 15

4.1开发环境介绍 15

4.2系统主程序设计 15

4.3温湿度模块程序设计 16

4.4光照度模块程序设计 17

4.5 pm2.5模块程序设计 18

5系统调试 19

6总结 20

参考文献 22

致谢 23

基于STM32的小型环境监测系统

邵劭

，China

Abstract：Throughout today's society as a whole, the economy and the productive forces develop rapidly, people's lives and production are in all respects, leaving the application of unscientific technology. Such as temperature, humidity, light intensity, air dust content and other parameters of the accurate detection of people's quality of life to ensure that the quality. In view of the above measurement needs, this paper has studied and produced a intelligent detection of air temperature, humidity, light intensity and dust content of the detection system, the choice of STM32 microcontroller for the master chip, while the choice of DTH11, BH1750 and ZPH01-PM2.5 sensors were Complete the temperature and humidity, light intensity and dust content detection. According to the specific working principle of a single module, the hardware circuit is researched and made to realize the collection of relevant data. The preparation of the software code is completed for each single module. Finally, the relevant data collection test is carried out through the research and production acquisition system , Verify the system practicality. The design of this system is cheap, practical, and has great application prospect.

Keywords: BH1750 sensor;DTH11 sensor;ZPH01-PM2.5 sensor; STM32 microcomputer;

1引言

1.1研究背景及意义

就现阶段来说，人们对于生活质量以及舒适度的要求越来越高了。在这种状况的基础上，科学技术已经被大面积地应用到了生活的方方面面。如今，随着智能化概念热潮的来袭，人们对于通过科学技术手段获取到一些智能系统的使用的需求也是愈演愈热。在现代人民生活中，影响人民生产生活的环境参数有很多，比如温度、湿度、光照度、PM2.5值、二氧化碳浓度等对人民的生产生活都有极大的影响，那么如何符合人们需要且高效的探测这些参数成了急待解决的问题。统筹所有的气象参数，在人们的身体状况方面有很大影响的主要是气温和湿度。比方说，当温度特别高的时候，我们很有可能因为散热的速度比较慢，然后使得身体里面的血管突然间扩张，引起昏倒甚至当场毙命；可是当空气的温度比较低的时候，我们身体里面的新陈代谢就会变得缓慢，整个人都极度不佳。当然，我们通过生物学的知识，都知道我们的身体对于一定范围内的温度是有一定的自我调节能力的，但我们的身体因为温度差异而带来不适的时候，能够通过体温调节来保持我们身体的一个整体地平衡。夏天的时候，如果屋子里面的湿度特别大的时候，那么我们的身体就会散热缓慢，最后让人觉得极度的不舒服。冬天的时候，如果屋子里面的湿度很大的时候，那么热传导的速度就会急剧加快，人在屋子里面就会感觉非常寒冷，特别容易感冒。通过相关的实验测试信息表明：人们身体对于温度的舒适度的感知，并不单单是湿度的上限值的原因，其下限值也有一些原因。要是站在医学气象的方面来分析地话，我们人体对温度的感知能够分7个不同的等级。 许多研究人员通过大量的测试实验总结得出：在夏天的时候，当温度是23℃-28℃的时候，且湿度的范围在30%-60%，我们人体会感觉最为舒服。在冬天的时候，当温度是17℃-26℃的时候，同时湿度范围在35%-75%时，我们人体感觉比较舒服，同时不会觉得寒冷。Sako等人提出：当湿度范围控制在50%的时候，要是我们人体感知温度由26℃降低到15℃，我们人体皮肤上温度的下降比极高。许多研究人员给出的具体结论是：当人体所处的环境温度突然间骤降的时候，可以利用光源色温来使得身体的热量发生变化，这样做的好处就是能够调理人体的体热。因此我们可以这样理解，当我们在一个温度很高的地方，我们身体的温度也会急剧地上升，这时候如果存在高色温光源的话，将对我们人体体温的调节有很大的帮助。

根据我们的气象学知识，我们都知道空气中存在很多的杂质，通常所说的PM，其实就是英文单词Particulate Matter的缩写，它所描述的正是空气中这些存在但又不易被发现的颗粒物，从物理学的角度来分析的话，这些颗粒物的状态既可以是固体也可以是液体，不过其两种状态都极其的细微。大气颗粒物悬浮于空气中、性质多样、来源复杂，影响全球气候变化、降低大气能见度、污染人类生存环境。大气颗粒物通过呼吸道进入人体时，部分细颗粒物可以附着于呼吸道上，甚至进入肺部沉积下来，诱发人体心血管疾病和呼吸道疾病。由于这些粉尘拥有非常大的表面积，所以它们的吸附性就会增强，这使得其比较能够吸附有害和有毒杂质，比方说，空气中我们肉眼看不见的多环芳径、多环苯类、重金属等等，对人类健康的危害性是难以估量的。许多临床医疗的报告显示：像许多死于心肺以及肺癌疾病的患者，大多数是由空气中的粉尘颗粒引起的，对于PM2.5浓度的浓度来说，它每升高10μg•m，那么人们的健康率就又降低了10%左右。综合考虑到以上这些生活参数对人体健康的危害性，如何研究并且制作一个智能化的系统来帮助人们有效地控制与了解身边气象参数每天的改变就变得尤其重要了。这些智能探测系统其主要的目的是智能化地为用户采集每天的气象参数。然后，能够进行有效地分析与处理，告诉用户对与环境参数的变化可以做好哪些防护措施。这样在为人民的生产生活采集准确的环境参数的同时，也能够对环境参数进行合理的改善。而以单片机为核心的小型气象站，检测环境中的温湿度、光照度以及PM2.5值四个参数，由于价格相对便宜、方便开发、操作简单等特点，市场前景良好。

1.2国内外研究现状

自上世纪五十年代到现在，电子信息方面的技术以及传感器开发行业的迅速崛起，许多国家都逐渐开始对环境监测领域实现了现代化改造。

在国际的大舞台上面，关于环境参数检测方面发展比较早的国家可以说要数美国和加拿大了。在大概70年代的时候，他们就已经开始研发和制作了相关环境监测的站点，且同时也研究和设立相关的互联网的站点，并且他们两个国家设立的站点数目在一年一年地急剧增加。现在来看，两个国家设立的固定站数量差不多已经有了800个左右，移动的检测基站据有关数据显示也估计有了差不多150多个，可以说美国和加拿大在传感器技术方面走在了科技的最前端^[1]。通过对于环境参数的探测，我们可以将这些数据投入到公共服务系统，为人类的生活和生产带来极大的便利。

和美国与加拿大相比的话，在发展中的国家里面，我们国家可以说是领军人物了，拥有着辽阔的土地面积和丰富的物产资源，同时也拥有着复杂的地形，地貌多样，地势起伏大，平原，盆地，山地，丘陵和高原随处可见。由于这复杂的地形因素的影响，全国不同的地形上出现了不同的气候差异，气候特点具有多样性，复杂性的特点。除了国家级或者省会级的监测站外，其它的大多数环境参数检测系统的检测平台都还是比较陈旧的，而且对于贫穷落后的地区，他们对检测系统的更新换代的周期需求是特别长的，这一点在我国的落后的西北地区较为的明显，很多环境参数采集站点还处于人工操作和收集的现状，不仅劳动效率非常低，而且各项参数的人工汇总和计算处理，工作量非常大，处理的过程中由于人为因素的原因，出错的概率极大。显然这种状况是不足以满足当前时代科技的需求的。

环境数据的采集和处理系统是环境参数采集站的重要部分，对下要实时的将当前的气候信息进行准确无误的采集，对上要将数据及时和准确的传送给显示平台进行实时的显示，因此他在自动环境采集系统中扮演着重要的角色，快速的完成环境参数系统的去旧更新，让参数采集分析处理系统朝着智能化的方向拓宽已经是既定的必然趋势了。

1.3本论文的主要工作

第一章为引言。重点说明了课题探讨的目的性和国内以及国际目前就环境监测站方面的研究现状以及发展方向。

第二章对整个温湿度、光照度以及PM2.5值检测系统的整体设计进行了研究，阐述了该设计所需要实现的大体功能以及系统的整体流程框图。

第三章为硬件系统的设计。该部分主要针对本文研究和制作的系统功能方面，给出了各模块以及整个系统的硬件设计思路，同时说明了该系统中主要的控制芯片以及各模块传感器的工作原理。

第四章该部分主要是针对系统中各个模块的软件设计思路完成了说明，并且使其能够实现各个模块应该含有的效果。

第五章对硬件部分和软件部分进行调试无误后，用该系统进行环境监测实验。

第六章该部分主要是对以上工作做出的总结以及系统的测试，并且对该系统的功能方面给予了更深层面的展望。

2系统总体方案设计

2.1系统的总体功能

本文研究和制作的整个智能化的系统所采用的主要核心控制芯片是单片机，诸如温度、湿度、光照以及粉尘颗粒等等环境参数的采集主要依靠与其相关联的传感器来进行检测，这类传感器构成了整个智能系统的外围模块电路。在实际的使用过程中，其具体的实现流程是，该系统首先通过外围模块相关的传感器设备，本文研究和设计的系统采用的是温湿度、光照度与PM2.5值传感器，来完成空气中温度、湿度、光照以及粉尘颗粒的参数大小的检测，然后输送个系统的主要控制核心芯片，让其对这些环境参数完成一些相关分析和处理，然后再将这些处理好参数完成数据类型的转化，输送到显示屏完成显示。实时的对周围的环境进行检测。在系统的外围同时采用了成本低廉，但是显示清晰的液晶显示屏幕进行了各项参数的显示。完成整体的工作需要，满足了各项指标的采集显示工作。

2.2总体设计方案

在对上述各项要求的条件下，我们对系统的总体进行了设计，大的方向主要包括四个方面，电源供给系统、数据采集系统，微处理系统，数据显示系统。四个部分有机的结合完成对本次设计的参数实现。电源供给系统主要负责为电路中各个部分进行电能的提供，确保系统的能源正确的供给。数据采集部分主要包括了三大部分的环境指标的量化采集，包含了温湿度、光照强度和PM2.5值，只要当前的气象参数发生变化，传感器所获得的数字量也即刻发生变化，核心处理芯片在感知到信号电平变化的同时，即会发起数据采集操作，进而进行数据存储、处理、然后送至显示。显示系统只需要配合在核心控制芯片的控制下，把所给的信息实时的显示出来即可。具体的系统框图如下：

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