基于STM32的环境监测系统

news2024/11/26 1:22:43

1. 引言

环境监测系统在我们的日常生活和工作中变得越来越重要。通过监测空气质量、温湿度等环境参数，可以帮助我们创建更健康、更舒适的生活和工作环境。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个环境监测系统，通过多种传感器实时监测环境参数，并通过串口输出显示数据。

2. 环境准备工作

硬件准备

STM32开发板（例如STM32F103C8T6）
温湿度传感器（例如DHT11）
空气质量传感器（例如MQ-135）
面包板和连接线
USB下载线

软件安装与配置

Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。
STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。
ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

步骤：

下载并安装Keil uVision。
下载并安装STM32CubeMX。
下载并安装ST-Link Utility。

3. 系统设计

系统架构

环境监测系统的基本工作原理是通过多种传感器实时采集环境数据，并通过串口输出显示。系统包括温湿度数据采集模块、空气质量数据采集模块和串口通信模块。

硬件连接

将DHT11温湿度传感器的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，数据引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA0）。
将MQ-135空气质量传感器的VCC引脚连接到STM32的5V引脚，GND引脚连接到GND，数据引脚连接到STM32的ADC引脚（例如PA1）。

4. 代码实现

初始化代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "dht11.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  
  DHT11_Init();
  
  while (1) {
    DHT11_DataTypedef DHT11_Data;
    DHT11_ReadData(&DHT11_Data);
    
    uint32_t adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    
    char buffer[50];
    sprintf(buffer, "Temp: %d.%d C, Hum: %d.%d %%, Air Quality: %lu\r\n", 
            DHT11_Data.Temperature, DHT11_Data.TemperatureDecimal,
            DHT11_Data.Humidity, DHT11_Data.HumidityDecimal,
            adcValue);
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);
    
    HAL_Delay(2000);
  }
}

void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
  // 初始化GPIO
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
}

static void MX_ADC1_Init(void) {
  // 初始化ADC1
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  HAL_ADC_Start(&hadc1);
}

static void MX_USART2_UART_Init(void) {
  // 初始化USART2
  huart2.Instance = USART2;
  huart2.Init.BaudRate = 115200;
  huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

传感器读取代码

#include "dht11.h"

void DHT11_Init(void) {
  // 初始化DHT11传感器
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void DHT11_ReadData(DHT11_DataTypedef *DHT11_Data) {
  uint8_t i, j;
  uint8_t data[5] = {0};
  
  // 启动信号
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(18);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(20);
  
  // 等待DHT11响应
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(40);
  
  // 读取数据
  for (j = 0; j < 5; j++) {
    for (i = 0; i < 8; i++) {
      while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
      HAL_Delay(40);
      if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET) {
        data[j] |= (1 << (7 - i));
      }
      while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET);
    }
  }
  
  DHT11_Data->Humidity = data[0];
  DHT11_Data->HumidityDecimal = data[1];
  DHT11_Data->Temperature = data[2];
  DHT11_Data->TemperatureDecimal = data[3];
}