原標題：基于32單片機ONENET物聯(lián)網環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計（原理圖+代碼+教程）

基于32單片機ONENET物聯(lián)網環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計

引言

隨著物聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在各個領域的應用日益廣泛?；?2位單片機的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以其高性能、低功耗和豐富的外設接口，成為設計這類系統(tǒng)的首選方案。本文將詳細介紹基于32單片機（以STM32F103C8T6為例）和ONENET物聯(lián)網平臺的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計，包括系統(tǒng)架構、原理圖設計、代碼實現(xiàn)及詳細教程。

一、系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)主要由STM32F103C8T6單片機、溫濕度傳感器（如DHT11）、光照傳感器（如BH1750）、煙霧傳感器、ESP8266 WiFi模塊、LCD顯示屏及按鍵模塊組成。系統(tǒng)通過STM32單片機實時采集環(huán)境數據（溫濕度、光照強度、煙霧濃度），通過ESP8266 WiFi模塊將數據上傳至ONENET物聯(lián)網云平臺，并可在云端進行遠程監(jiān)控和數據管理。

1.2 主控芯片選擇及作用

STM32F103C8T6單片機：

• 型號詳解：STM32F103C8T6是意法半導體（STMicroelectronics）推出的基于ARM Cortex-M3內核的32位微控制器，屬于STM32F103“增強型”系列。它擁有高達72MHz的時鐘頻率，內置64KB的閃存和20KB的SRAM，支持多種外設接口，如ADC、DAC、SPI、I2C、USART等，非常適合于需要高性能和復雜外設接口的應用場景。

• 作用：STM32F103C8T6作為本系統(tǒng)的核心控制器，負責整個系統(tǒng)的數據采集、處理、存儲和通信。它通過I2C接口與傳感器模塊（如DHT11、BH1750）通信，讀取環(huán)境數據；通過USART接口與ESP8266 WiFi模塊通信，實現(xiàn)數據的無線傳輸；通過GPIO接口控制LCD顯示屏和按鍵模塊，實現(xiàn)人機交互。

二、硬件設計

2.1 系統(tǒng)原理圖設計

系統(tǒng)原理圖設計包括STM32單片機最小系統(tǒng)、傳感器模塊電路、ESP8266 WiFi模塊電路、LCD顯示屏電路及按鍵模塊電路。

STM32單片機最小系統(tǒng)：

• 復位電路：用于單片機的復位操作，確保系統(tǒng)啟動時處于初始狀態(tài)。

• 時鐘電路：為單片機提供時鐘信號，確保單片機正常工作。

• 電源電路：為單片機提供穩(wěn)定的電源電壓，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

傳感器模塊電路：

• DHT11溫濕度傳感器：通過單總線與STM32單片機的某個GPIO引腳相連，用于采集環(huán)境的溫濕度數據。

• BH1750光照傳感器：通過I2C接口與STM32單片機的I2C引腳相連，用于采集環(huán)境的光照強度數據。

• 煙霧傳感器（型號如MQ-2）：通過模擬輸入接口與STM32單片機的ADC引腳相連，用于采集環(huán)境的煙霧濃度數據。

ESP8266 WiFi模塊電路：

• ESP8266模塊通過USART接口與STM32單片機的USART引腳相連，實現(xiàn)數據的無線傳輸。ESP8266模塊作為系統(tǒng)的無線通信模塊，負責將采集到的環(huán)境數據上傳至ONENET物聯(lián)網云平臺。

LCD顯示屏電路：

• LCD顯示屏通過并行接口與STM32單片機的GPIO引腳相連，用于實時顯示環(huán)境數據。

按鍵模塊電路：

• 按鍵模塊通過GPIO引腳與STM32單片機相連，用于實現(xiàn)用戶的人機交互，如設置參數、切換顯示模式等。

2.2 硬件選型及特點

• STM32F103C8T6：高性能、低功耗、豐富的外設接口，適用于復雜的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

• DHT11：性價比高，測量范圍廣，適用于一般環(huán)境監(jiān)控。

• BH1750：高精度光照傳感器，適用于需要精確測量光照強度的場景。

• MQ-2：常用的煙霧傳感器，對多種可燃氣體都有較高的靈敏度。

• ESP8266：低功耗、高性價比的WiFi模塊，適用于物聯(lián)網設備的無線通信。

三、軟件設計

3.1 軟件開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)使用Keil MDK-ARM作為軟件開發(fā)環(huán)境，該環(huán)境支持STM32系列單片機的編程、調試和仿真。

3.2 程序設計思路

1. 初始化：初始化STM32單片機的系統(tǒng)時鐘、GPIO、I2C、USART等外設接口，以及各傳感器模塊和ESP8266 WiFi模塊。

2. 數據采集：通過STM32單片機的I2C接口讀取DHT11和BH1750傳感器的數據，通過ADC接口讀取MQ-2煙霧傳感器的數據。

3. 數據處理：對采集到的數據進行處理，如濾波、計算平均值等，以提高數據的準確性和穩(wěn)定性。

4. 數據上傳：通過ESP8266 WiFi模塊將處理后的數據上傳至ONENET物聯(lián)網云平臺。

5. 顯示與交互：將環(huán)境數據實時顯示在LCD顯示屏上，并通過按鍵模塊實現(xiàn)用戶的人機交互。

3.3 部分代碼示例

DHT11初始化代碼：

u8 DHT11_Init(void) {

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能GPIOA時鐘  

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; // PA5端口配置  

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽輸出  

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 初始化IO口  

GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5); // PA5輸出高  

DHT11_Rst(); // 復位DHT11  

return DHT11_Check(); // 等待DHT11的回應  

}

ESP8266發(fā)送數據到ONENET云平臺代碼：

void OneNet_SendData(void) {

MQTT_PACKET_STRUCTURE mqttPacket = {NULL, 0, 0, 0}; // 協(xié)議包  

char buf[256];

short body_len = 0, i = 0;

UsartPrintf(USART_DEBUG, "Tips: OneNet_SendData-MQTT
");

memset(buf, 0, sizeof(buf));

body_len = OneNet_FillBuf(buf); // 獲取當前需要發(fā)送的數據流的總長度  

if (body_len) {

if (MQTT_PacketSaveData(DEVID, body_len, NULL, 5, &mqttPacket) == 0) { // 封包  

for (; i < body_len; i++)

mqttPacket._data[mqttPacket._len++] = buf[i];

ESP8266_SendData(mqttPacket._data, mqttPacket._len); // 上傳數據到平臺  

UsartPrintf(USART_DEBUG, "Send %d Bytes
", mqttPacket._len);

MQTT_DeleteBuffer(&mqttPacket); // 刪包  

} else  

UsartPrintf(USART_DEBUG, "WARN: EDP_NewBuffer Failed
");

}

}

四、調試與測試

在系統(tǒng)硬件和軟件設計完成后，需要進行調試和測試以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。調試過程中，可以使用Keil MDK-ARM的調試功能，對代碼進行單步執(zhí)行、斷點設置等操作，以定位和解決程序中的錯誤。測試過程中，需要模擬不同的環(huán)境條件，如溫濕度變化、光照強度變化、煙霧濃度變化等，以驗證系統(tǒng)的實時性、準確性和穩(wěn)定性。

五、總結與展望

本文設計并實現(xiàn)了一種基于STM32F103C8T6單片機和ONENET物聯(lián)網平臺的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠實時采集環(huán)境的溫濕度、光照強度和煙霧濃度數據，并通過ESP8266 WiFi模塊將數據上傳至云端進行遠程監(jiān)控和管理。通過詳細的硬件設計、軟件編程和調試測試，驗證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。未來，可以根據實際需求進一步擴展系統(tǒng)的功能，如添加PM2.5檢測模塊、增加語音報警功能等，以提高系統(tǒng)的智能化水平和用戶體驗。