【基于STM32厨房安全环境监测的设计与实现9400字（论文）】

4基于STM32厨房安全环境监测的设计与实现TOC\o"1-3"\h\u269431绪论 [20]。高质量，响应速度快，抗干扰能力强，简单易懂且性价比高，最终考虑选择了此款的传感器。图7为DHT11的模块原理图。图7DHT11原理模块图3.3MQ-7烟雾传感器MQ-7烟雾传感器的测量性能比较高，工作流程大致为，首先是采集数据，然后将采集到的进行传输，传输过程中经过一个放大电路后到STM32单片机，进行数据的处理，处理完毕后，把数据传到LOED显示模块和报警模块上，从而实现该课题研究的目的。图8为MQ-7烟雾传感器采集的流程图。图8MQ-7烟雾传感器采集流程图MQ-7烟雾传感器中是为二氧化锡(SnO2)的气体敏感材料，传感器的电导率是随着空气中一氧化碳气体浓度的增加而增加变化的，对一氧化碳的检测效率特别高，而且在简单的电路中就可以将电导率的变化转换为测试到的气体浓度对应的输出信号。原理模块图如图9所显示。

图9MQ-7烟雾传感器原理模块图3.4OLED 显示模块OLED显示模块的为0.96OLED。该模块的器件最大的特点就是核心厚度很薄，小于1mm，其低温特性好，且不需要背面光源，因为采用的是二极管会自然的发光，供电电压可以是3－5V，模块本身带由中文字库芯片，所以使用起来很方便。图10OLED显示模块

3.5报警模块此报警模块可以将收集到的数据传输到STM32单片机中，经过处理，首先我们可以在外设置报警温度的范围，如果超过设定的值，微控制器就会自动的进行处理分析，通过蜂鸣器进行报警，发出警报，从而形成了一个报警模块。模块原理图如图11所示。图11报警电路原理模块图3.6断电检测模块在本次设计中，查阅资料后发现C2000DH08型号的模块是很合适的，此模块220v就有八个输入，并且有八路集电极开路输出。可以检测每一路的畅通状况，从而可以在0和1之间互相转换，极大的方便了此设计的过程。模块原理图如图12所示。图12断电检测模块原理图3.7WIFI通信模块在此设计中运用了WIFI模块，别名为串行WIFI模块，在OSI参考模型中的传输层。是将串行端口或TTL电平转换为无线网络通信标准的协议，IEEE802.11b.gn协议和TCP/IP协议，这样才能进行网络传输。此模块可以直接使用无线连接，达到智能的效果。本次的WIFI模块为ESP8266，能耗低是它的特点，因为它是为了移动设备和软件而设计，所以可以直接使用，就能联网。如图13。图13WIFI模块电路图4安全厨房环境检测系统的电路设计4.1温度检测电路STM32单片机与DHT11相连接，就形成了温度检测电路，具体连接情况如下图图14所示。DHT11的1号引脚连接到VDD上，电源为3.3v，STM32单片机的PB11引脚连接到DHT11的2号引脚，3号不用，最后的引脚用来接地。图14DHT11与STM32相连电路4.2OLED显示电路模块的电源输入端子为VCC_IN，在被U2降压后用于U1，U4和其他电路。OLED屏幕驱动器需要7-7.5V的电压，该电压由SSD1306的内置电荷泵提升SSD1306支持串行协议，例如并行，SPI和I2C也是支持的。该模块通过三个引脚BS0-BS2接地，与U4汉字库芯片共享SPI接口并已设置为SPI协议，工作时通过芯片的芯片选择引用。读写时，目标芯片的CS引脚应设置为低电平。如图15所示。图15OLED显示电路MQ-7气体传感器的内部结构如图所示。烟雾监测模块由三部分组成：烟雾信号采集和放大电路，A/D转换电路和单片机控制电路。在此电路中，由两部分组成，分别是采集模块和模拟放大电路。主要是将收集的数据信号转换为模拟的电信号。然后通过A/D转换电路把已经转换模拟的电信号又转换为为数字信号，完成这一过程后，把数据发送到STM32单片机进行处理分析，先是通过滤波，读写出一个完整的数字信号，最后呈现在oled上，呈现的数字要与报警模块设置的值相对比，一旦超出了所设定的范围，报警电路将会启动，蜂鸣声响起，反之则正常运行。为了更加直观的看到信息，是把数据显示在oled上的。4.2.1烟雾采集放大电路图16采集电路图16是MQ-7烟雾采集的电路，此电路的连接方式大致为这样，烟雾传感器的的DO端口与单片机的输入输出的端口连接，而AO端口连接的A/D转换器的2号端口。当烟气浓度开始变高的时候，输出电压升高到阈值电压时，就会报警。反之，当烟雾浓度开始降低的时候，输出电压降低到阈值电压时，就正常运行。所以通过调整阈值电压来进行输出报警，此研究的目的就达到了。4.2.2A/D转换电路图17为MQ-2烟雾检测AD采集电路图，经过采集后便能取得每种烟雾浓度数值。在将收集到的信号变换为模拟信号之后，通过MQ-2的芯片转换为数字信号，然后将数字信号传送给STM32单片机进行处理分析，最终实现功能。图17为MQ-2烟雾检测AD采集电路图，经过该电路转换后就能获得烟雾浓度数值。图17A/D转换电路模块图4.3报警电路此设计的报警电路，它主要是通过三极管的基极串联了一个电阻，经过电阻连接到STM32单片机上，这是一个比较简单的电路，实验起来方便易懂。图18则是报警电路的原理图：GNDGNDVCC蜂鸣器R1PA11图18报警电路5系统的软件设计5.1系统的主流程图本次基于STM32温度烟雾传感器检测系统的流程图如图19所示，首先是初始化，然后数据采集，通过STM32单片机进行分析处理，一直反复的采集，处理，在oled上显示。开始开始系统初始化温度、烟雾采集STM32单片机OLED显示结束 图19温度烟雾传感器检测系统流程图5.2STM32类型单片机的参数配置首先，我们配置STM32的时钟电路。具体步骤如下：HSI是高速内部时钟，其频率要设置为8MHz，这样才能稳定工作。HSE是高速外部时钟，其频率范围大概设置在4-16MHz左右。LSI是低速内部时钟，40kHz为基本参数。然后，我们配置ADC1上的通道零来进行A/D转换：首先把PA口设为开启，PA0位设置为模拟输入。在设置PA0之前，要对PORTA时钟进行测试。设置分频系数，设置ADC1的分频系数，为低于12MHz。设置ADC1的工作模式和规则序列相关信息。开启并校准AD转换器，最后对ADC的值进行读取。5.3DHT11温度传感器与单片机接口设置在DHT11上，DATA的功能是使用单一数据格式来完成微处理器与DHT11之间的同步和通信。具体步骤如下： 如果完整的数据传输为50bit，则采用高阶先出法，则数据格式为：当正确传输温度数据的十进制和整数部分的校验和数据时，校验和数据等于温度数据的整数和十进制相加结果的最后8位。当接受到初始信号时，DHT11传感器就会从原先的低功耗模式调换到高速的模式。当响应完成后，就会发出一个为50bit数据的响应信号，并完成数据收集，这就是一次完整的数据采集。在以下情况下会自动的从高速模式转换为低耗模式，就是在高速模式下，如果DHT11传感器没有收到初始信号，那么传感器将不会自动的收集数据，从而无法实现起目的，所以在这个地方需要注意。一开始的时候，大部分的总线的状态是为高电平，当我们向它发送初始信号时，主机将总线的高电平拉低（大于18ms），并等待DHT11响应初始信号。接受到信号后并发送一个低电平信号，可以将其切换到输出模式或者为高电平状态。当然，也有可能总线的状态为低电平，那么DHT11就会不响应。这时，我们就需要检查线路问题，看看接线是否又漏缺的，用万用表检测有没有虚焊的。最后一位的数据传输完成后，DHT11就会将总线拉低到初始值，最终到达一个空闲状态，为高电平就是正确的。具体的流程如下图20所示：图20DHT11通信过程5.4MQ-7烟雾传感器与单片机通信流程图MQ-7烟雾传感器与单片机通信流程图如图21所示。当MQ-2在采集数据的时候，电导率的变化会随着烟雾的浓度变化而变化。烟雾的浓度越大，那么导电率就会越大，成正比，导电率变大了，其电阻值就会变小，输出的信号变大，最终就得到了清晰的数据。数据处理数据处理判定级结束发出警报开始采集烟雾信息YN图21MQ-2与单片机流程图当传感器采集烟雾时，将不可避免地改变晶界处的阻挡层。所以，传感器表面的电导率改变，由于电阻不平衡的分布导致了电压会再次的改变。当达到了预设数值的时候，采集到的数据将通过内部放大电路进行传输，最终实现报警功能。该烟雾传感器是由三部分组成，分别是两个电阻线引脚，两个输入引脚和两个输出引脚。其中两个输出引脚端是接在一个信号放大器上的，主要功能是信号放大。5.5WIFI模块ESP8266模块支持三种工作模式：STA/AP/STA+AP。STA模式：该模块通过路由器来访问互联网，可以使用手机或者计算机通过互联网的方式来实现对设备的远程控制。AP模式：ESP8266模块可以成为热点，供手机或者计算机使用，与模块之间进行直接通信，进而实现局域网的无线控制。STA+AP模式：两种模式共存，可以通过互联网控制，实现无缝切换，操作方便。这次该系统使用AP模式来实现局域网的无线控制。WIFI模块主要负责系统与手机WIFI之间的通讯，以实现两者之间的数据传输。MCU和WIFI之间的通信主要通过串口实现。通过发送相关的AT命令，系统可以完成WIFI模块的操作和相应的控制。其实现的部分软件代码如图22：图22WIFI模块部分代码

5.6OLED编程本次使用的OLED屏类性为0.96OLED。此类型颜色有很多，比如有白色、蓝色、黄蓝双色等。之所以名字叫0.96OLED，看名字就知道，此屏的大小为0.96寸，其像素点为128*64，性价比高，容易上手。内部驱动器IC是为SSD1306的，通信协议一般是SPI或I2C。如图22所示，设置什么模式主要基于三个引脚BS0，BS1和BS2的电平逻辑。图22MCU总线接口引脚的选择由于DC引脚电平的不同，所以地址通常为0111100和0111101。我们一般将DC引脚设置为接地，用它来作为I2C协议的7位地址为0111100。将I设备的7位地址设置为0111100，可以写入数据，不用读取数据，所以从机地址为0x78。通信模式如图23所示。从站地址开始发送命令字节，数据字节。但是，主机必须每次都要等待响应。图23I2C总线数据格式5.7OneNET数据接收部分设计访问ONENET平台网址为/，进入右上角开发者中心，注册用户并登陆，根据文档中心，创建产品，创建设备，创建数据流。然后就是上报数据，把数据上传到云平台，可以在平台的WEB界面中的设备数据显示中查看报告的数据可以在平台的WEB界面中的设备数据显示中查看报告的数据。。6安全厨房环境检测系统的电路调试与检测6.1硬件系统总体的调试一开始，按着设计好的电路连接方式进行焊接与接线，完成后，就要对其进行检测，检测有没有虚焊的，接线错误的情况，来防止在测试功能的时候导致功能无法正常实现，避免做无用功。首先是用我们的肉眼来观察，根据画的电路图进行检查线有没有接错，有没有虚焊。再确认每个电路模块的型号，规格和极性，以及元器件有没有损坏，比如有根引脚断了等问题。最后就是最科学的方法，就是用万能表进行检测，检测整个电路是否通常，有无短路的情况，有的话就要一个个的模块，部分进行检查。我在调试的时候就遇到了一些困难，在快要完成检查的时候，可能因为觉得没啥问题了，就忽略了LED的极性，在测试的时候，发现报警灯不亮，最后再认真地检查后，发现LED灯装反了，最后改了下，就完成了调试，感觉细心还是挺重要的，不到最后一刻坚决不放松。当然，在运行的过程中也要观察电路，元器件的情况，防止发热，冒烟等特殊情况，最后，整个系统的功能是满足了要求的，电路板以及元器件符合要求。6.2软件系统总体调试软件某些功能是依附在硬件的基础上的，所以，在调试软件之前，先把硬件给调试好，只有硬件和软件都调试好了，在进行全面的调试，，即进行全面的调试，才能反馈整个系统的功能是否成功了。硬件调试成功后，就要对软件进行检测，尤其是有没有语法错误，或者某些接口程序没有编写，导致功能无法实现，我用的是Keil编程软件进行编写程序，因为在学校也学习过此软件，所以上手的快。编写完成后需要编译运行，如果有错误的话，上面会报错，导致无法编译运行，这有可能是语法错误或者无效的参数，需要仔细的检查。当编译运行完成后，再通过ISP下载口将程序烧录到单片机中。因为没有一氧化碳的设备来模拟，因此在测试的时候，使用打火机来模拟一氧化碳和火焰，来测试显示功能，最终，完成了功能的实现。7总结人们对环境能够进行实时检测和掌握，这样人们的居住的舒适度将会大大的提升，幸福感将会提升一大截，因而在此次的设计项目中，就设计出以STM32单片机为核心对环境监控和报警系统，主要用于家庭厨房里，能降低家庭厨房里面因煤气泄漏而引起的火灾事故。此系统有温度显示，火焰和煤气值的显示，当煤气超过设置的值时，就会报警，把信息发给用户的邮箱里，进行报警提醒，从而用户提前做出相对应的措施。且该系统相对简单，易于理解，维修也简单，可以广泛应用于家庭，工厂，大棚等场所里，发展前景广。在查阅了许多的资料后，主要是在网上，图书馆查阅资料和向老师请教，最终确认了这一研究方向，在设计过程中还是遇到了很多的困难，但也收获了很多，除了在学校学以的51单片机，现在又了解使用了STM32的单片机，锻炼了自己的自我学校能力以及独自解决问题的方法，为后面的工作实习中奠定了基础。此次设计中还有很多的不足，因为自身的经验及专业知识的不足。所以希望以后能在老师的指导下，不断的完善此次的设计，我的愿望是能够作用于社会，能对社会做出贡献，让生活更加智能，让社会更加安全。

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