【《基于STM32F103C8T6单片机和组态软件的医院环境监控系统设计》16000字】

第[8]。图4.9COM口设置串口设置完后，还要进行设备添加，并配置其波特率，校验位，数据位，停止位，波特率和单片机相同。选择莫迪康-modbusRTU。图4.10设备设置组态王显示设计配置完设备还需要画面显示，所以用组态王实现画面显示以及各种功能的设置。在组态王的显示界面上设计各种显示数据以及各种控制按钮，还有环境曲线的查询。图4.11组态王显示界面设计本章小结本章中主要说明环境监控系统设计的软件部分。从各部分介绍监控系统中温湿度传感器、CO2传感器、光照强度传感器还有PM2.5传感器的原理。分析读取不同传感器数据的软件实现设计，以及参数显示、按键控制和通过串口发送数据给上位机在单片机中的软件设计实现。

系统调试监控系统的完整少不了调试部分的进行，医院环境监控系统的调试分为两部分：硬件和软件。软件的调试是基于硬件系统的正常运行，要调试软件部分得先保证硬件电路能够运行。硬件调试硬件调试部分用到的仪器与软件在硬件调试过程中需要保证每个电子器件得焊接正常，同时系统电路板的路线没有短路和断路。同时还有外围电路的电路是否连接正常，防止出现问题。调试过程需要用到的东西如下所示：手持式数字万用表 一台；内热式电烙铁 一个；个人计算机 一台；USB-TTL下载器 一个；ST-LINK下载器 一个；KeiluVision5编译软件 一套；组态王软件 一套。整体电路焊接调试本设计的硬件电路是使用工业制版得到的，根据电路原理图和PCB电路图来生产。首先，检查工业制版得到的电路板是否和PCB图有出入，如果出错，那就看电路是否还能够修改，使用飞线或者切割的方式来修改使得电路正确。确认无误后，在进行电路的路线测量，防止出现短路、断路的问题，影响后续测试。确认电路板无误后，把元器件焊接到电路板上，再进行下一步测试。使用数字万用表来测试焊接完成后的电路板，用蜂鸣器挡测量元器件焊接的引脚是否和电路板的焊盘之间存在虚焊、漏焊的现象。有的话需要进行补焊。还要用万用表测相邻的引脚焊盘之间是否因为焊锡过多而粘连。出现焊锡粘连需要使用工具将两者分离。最后也是最重要的一步，检查电路中电源VCC的电路是否和地GND之间有相连导致的短路，没有的话系统可以进行上电调试。在此过程中遇到的问题：三极管电路接线相连。在对照PCB图和电路板时，发现PCB图绘制错误，导致电路中电源VCC电路与控制引脚VEN相连，会导致整个系统电路短路。如图5.1所示。图5.1三极管电路出错解决方法：使用锋利小刀将绿色阻焊层刮开，露出覆铜层，再使用工具将覆铜层的两者分离开，防止出现短路。用手持式数字万用表测试两个线路是否连通，连通则继续重复操作，直到两条线路完全分离。对电路板进行修改后如图5.2所示。图5.2修改后三极管电路为保证系统能够正常运行，对所有线路引脚使用万用表逐一排查，防止再次出现元器件短路和断路。最小系统调试整个医院环境系统电路中最重要的部分是STM32的最小系统。首先焊接最小系统板底座，用万用表分别检查各个引脚与焊盘的连接情况，不能出现虚焊、漏焊和多焊的问题。还要检查最小系统板的VCC引脚和GND引脚是否连接到电源电路中，防止供电不足或者短路导致电路板烧毁。检查完毕后才能给最小系统通电，通电后查看电源指示LED能否点亮，用万用表测VCC对地电压是否为3.3V。电压工作正常后，使用ST-LINK下载器连接，在Keli5软件中编写简单代码，下载到单片机STM32上，检查代码的下载是否正常。能够正常下载程序代码后，编写简单的模块测试代码，再下载到系统上来验证功能是否实现。如果代码能够正常驱动模块实现简单功能代表系统工作正常，否则检查不能按照代码实现驱动的部分模块电路。检查修改完成后，进行下一步的测试。在此过程中遇到的问题：（1）程序代码无法下载到单片机。使用ST-LINK连接单片机下载口和电脑后，电脑无法识别ST-LINK接口的插入，通过万用表测量STM32的下载口发现引脚连接位置正确。如图5.3所示，电脑上没有发现ST-LINK相关接口。图5.3未寻找到ST-LINK接口解决方法：打开KeiluVision5编译软件，发现无法在软件中识别到单片机。发现电脑缺少ST-LINK下载器驱动软件。安装驱动软件后可以识别下载器，如图5.4所示，并且成功烧录代码进单片机。图5.4识别到ST-LINK接口0.96寸OLED显示屏无法正常显示。将测试程序烧录至系统板后，发现显示屏无法点亮。使用万用表逐一检测引脚时发现单片机有多个引脚存在虚焊处。解决方法：重新焊接后使用万用表测量，可以点亮OLED显示屏。写入的显示代码能够正常工作。换气系统调试换气系统部分的调试，通过使用万用表检查各个引脚焊接是否出现虚焊、漏焊、缺焊的问题，以及检查引脚连接是否正确，没有出现短路和断路。检查完成无误后，在电脑上的Keil5软件编写简单的驱动控制代码，下载到单片机上验证。测试单片机能够正常驱动控制风扇，若风扇工作正常，那么换气系统的驱动部分能够正常运行。在此过程中遇到的问题：单片机I/O口无法控制继电器驱动风扇。在烧录按钮控制风扇的简单代码后，发现按下按键，继电器没有工作，同时系统断电。使用万用表检查控制引脚电压，正常。经过排查，发现二极管反接，导致正向导通，没有起到保护电路的作用，还导致电路短路。解决方法：使用电烙铁和镊子将二极管取出，更换新的二极管，反向连接。经过万用表测量后，上电测试继电器能否正常工作，风扇是否可以启动。最后可以实现单片机判断按键状态，用I/O口控制继电器闭合，驱动风扇转动，实现换气系统的驱动。软件调试CCS811二氧化碳传感器调试本过程中主要测试CCS811驱动程序是否存在问题，由于驱动代码比较多，调用的库函数比较多，可能会出现小部分的错误。因此使用ST-Link，以及USB转TTL作为调试工具。检查是否能够正确得到数值。此过程中遇到的问题：在读取到得到的CO2数据溢出，系统重启后经过一段时间代码跑飞，无法自动重启。解决方法：查阅资料，发现在使用CCS811进行IIC协议通讯时，传输速度过快会导致传感器程序丢失，导致数据读取不正确。增大关于CCS811程序内关于IIC通讯的延时，得到数据结果稳定。ZPH01细颗粒物传感器调试本过程中主要测试ZPH驱动程序是否存在问题，由于使用到串口接收数据，同时使用另一个串口作为上传，需要调整两个串口，防止进入错误的串口。此过程中使用ST-Link，以及USB转TTL作为调试工具。检查是否能够两个串口一同工作。此过程中遇到的问题：ZPH01的串口不能接收数据，从另一个数据上传串口发送得到的PM2.5数据有误，不符合手册上的数据格式。解决方法：查阅资料，发现STM32同时使用不同的两个串口通讯时，为了防止进入中断嵌套导致程序卡死，需要设置系统中断优先级。组态王调试本过程主要测试组态王软件部分是否存在问题，使用串口接收单片机数据，检查是都能够正确显示数据。此过程中遇到的问题：（1）组态王的串口无法接收单片机传来的数据，显示不了。数据无法通信，所以实时曲线也无法绘制。如图5.5所示。图5.5组态王显示错误解决方法：使用串口软件进行数据的显示。组态王下达的命令，单片机接收不了，因此从上位机无法对环境进行控制。解决方法：使用板子上的按键来进行部分功能的控制。本章小结这部分的内容主要描述硬件调试部分和软件调试以及组态界面调试的过程和分析。硬件电路部分的问题解决、软件部分分析测试各个传感器是否能够正常工作，以及组态王的界面搭建。通过本章的调试之后，环境监控系统变得完善。

系统测试传感器测试测试方法将整个系统置于一个封闭稳定的环境中，各项环境参数变化幅度十分微小。目的是为了测试在固定环境条件下，系统没有受到任何干扰时，各个传感器读出的环境参数是否变化幅度大。从而用来检测每种传感器的误差。在系统处于封闭测试环境中时，使用外部串口来接受数据，减少外部环境因素影响。串口显示封闭测试环境的数据如图6.1所示。图6.1封闭测试显示传感器数据采集与分析在封闭环境下测试15分钟，所得的数据经过整理后表6.1所示。表6.1封闭环境下15分钟环境变化平均值最大值最小值测量误差温度23.13℃23.2℃23.0℃0.86%相对湿度87.23%91.0%85.0%6.88%光照度8.24Lx8.3Lx8.2Lx1.21%CO2浓度748.37ppm752ppm731ppm2.81%PM2.5浓度24.42ug/m330ug/m323ug/m328.67%从表中可以看出，PM2.5浓度测量出来的波动较大。初步分析是因为ZPH01这个传感器在工作时内部自动加热，加快了封闭环境内漂浮的细微灰尘流动，检测结果就会有误差。同时，受封闭环境内部流动空气影响，其他传感器测量出来的数据也有一些微小的变化。系统监控测试系统监控测试的内容是，当环境参数发生变化时，系统是否可以做出相应的监控动作来改变环境参数。通过使用控制变量法来进行测试，每一项环境参数都单独改变。系统测试的结果表明，本设计的系统能够根据环境参数的变化实现大部分相应的控制来改变参数，因为系统设计有限，无法控制空调完成相应温湿度调节，只能够读取数值，超过警戒值报警。测试结果为表6.2。表6.2系统控制测试表调试项目设定目标实际控制温度高于设定值空调调低温度无空调温度低于设定值空调调高温度无空调温度超过警戒值系统报警系统开始报警湿度高于设定值打开除湿设备打开换气系统湿度低于设定值打开加湿设备无加湿设备光照强度低开灯打开LED灯紫外线消毒打开紫外线灯打开紫外线灯室内空气浑浊打开换气系统打开换气系统病人呼叫组态软件显示蜂鸣器响，串口显示环境参数显示显示屏显示上位机显示显示屏显示串口显示非技术因素影响分析因为空气会流动，所以在使用单一传感器进行测量时，测量点就显得十分重要。例如温湿度传感器，如果距离空调太远，温度传导到传感器时，已经有了一定的延时。同时因为不同材质，传导热量的性能也不一样，所以在测量时会与实际值有一定的偏差。要减少这种因素的影响，可以增加多个相同传感器放置在不同测量点，以减少温度传导所需要的时间带来的影响。不仅受单一传感器影响，一个传感器在测量时总会有延迟。这是因为在测量时需要一个响应时间，当测量元件与环境达到一个相对平衡时，测量才能够比较准确。一般传感器的响应时间取决于内部测量元件的结构和测量的环境。如果环境一直在变化，那么得到的环境参数也是在不断变换的。要减少这方面的影响，需要更换更好的，测量精度更高的传感器。还有另一方面会影响到传感器的测量精度，那就是传感器会受到温度漂移的影响。这个影响是一直存在的，因为电子元器件工作会产生热量，热量就会导致在不同温度下，传感器测量同一个数据得到的结果会有细小的偏差。要解决这个问题，需要从软硬件两方面来解决。硬件方面有桥臂热敏电阻补偿法等，但是因为传感器的生产是由厂家来做的，所以在硬件方面要进行修改十分困难。只能按照厂家所选用的方法来进行温漂的补偿。还可以通过软件方面来进行温漂的补偿，通过查询厂家所给的传感器手册，上面一般会有温度与测量数据的曲线图。通过对曲线进行公式拟合，来得到温度与测量的关系，在进行代码的编写，就可以得到更准确的环境参数。本章小结本章中主要介绍了整个系统的测试过程，讲述了系统各部分传感器的数据采集和测试。经过测试，可以得到每个传感器实际的误差，方便进行监控系统的误差调节处理，从而使得系统能够更加准确的进行环境的监控。

总结与展望总结本次毕业设计的制作过程中，充满了各种挑战，遇到许多的问题和难题。通过查阅许多相关资料，得到各种传感器的原理介绍，才能够完成基于组态软件的医院环境监控系统设计。论文中分析解释本课题的原理设计。本项目使用STM32F103C8T6单片机来控制整个系统，通过使用多种传感器来进行环境的监控，使用串口来当作上位机监控系统，根据环境参数的变化来对环境进行调节。本文详细描述了对传感器数据的采集以及对于环境的调节，并通过软硬件调试和系统测试得出下面的两个结论：医院环境监控系统可以读出环境中各种参数并根据得到的参数进行相应的控制；可以通过数据串口来查看的监控环境，可以使用板子上的按键控制部分设备，来达到对环境的监控。存在的问题本设计在实际测试过程中测量环境的精度有限，对环境的监控程度有限，无法达到百分百的控制，仅仅只能作为一个模拟环境监控系统使用。可采取的解决方案是：使用运算速度更快的主控芯片、精度更高的传感器以及添加更多的外设控制电路，来实现对真实医院环境下的监控。展望本次基于组态软件的医院监控系统设计，仅在一个模拟环境下进行的环境参数的采集与控制。真实的医院环境中还要更加的复杂多变，要进行监控的难度还要更大，但通过本次毕业设计，我学习到许多传感器知识和使用STM32进行系统的搭建。同时，本设计可以进一步深入优化医院环境监控系统以及对医院设备监控的特殊需求，为医院的信息化和智能化建设添砖加瓦。

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