机智云物联网应用开发竞赛 ---基于STM32的物联网环境监测...

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# 基于STM32的物联网环境监测系统（Internet of Things environmental monitoring system based on STM32）

## 摘  要
摘  要：随着人民对美好生活的向往，人们对于环境的重视程度越来越强烈，环境对生活的影响已经成为一个热点问题。本设计以STM32单片机作为控制和数据处理的单元，使用AHT10、BH1750和BMP280传感器去监测周围的环境参数，在LCD屏完成传感器数据和相关信息的显示。同时，采用了无线模组与单片机之间进行数据交互。当无线通讯模组成功连接网络，并接入物联网云平台时，用户可以通过登录物联网云平台后台查看传感器上报的数据和进行远程控制。在设计过程中，开发Android上位机软件，使用户在上位机实现对于温度、湿度、光照强度和气压等相关环境参数监测。
## 关键词：STM32；物联网；环境监测
## Abstract
Abstract：With the people's yearning for a better life, people pay more and more attention to the environment, the impact of the environment on life has become a hot issue.This design uses STM32 as the control and data processing unit. Meanwhile, the AHT10, BH1750, BMP280 sensors to monitor the surrounding environmental parameters. Display of sensor data and related information on the LCD screen. At the same time, the wireless module and the single chip microcomputer are used for data interaction. When the wireless communication module is successfully connected to the network, and connected to the Internet of Things cloud platform. By login to the background of the Internet of Things cloud platform. Users can view the data reported by the sensor and conduct remote control. In the design process, Android software application is developed to enable users to monitor relevant environmental parameters. Display temperature, humidity, light intensity and pressure data on the APP.
Keywords：STM32; Internet of Things; Environmental Monitoring


### 1  引    言
#### 1.1 课题研究背景
在我国经济稳定发展的背景下，人们的生活质量得到了明显的提高。与此同时经济发展所带来的环境的问题，开始慢慢展现出来。环境问题被越来越多的人们重视。为了拥有更健康的生存环境，治理环境污染，改善环境质量，促进绿色发展是目前社会发展的形势所趋[1]。
我国研究环境监测系统的研究发展过程比较坎坷。我国发展起步比较晚，与其他西方国家相比较，相关领域落后几十年。主要原因是由于当时的社会生产水平不高，国内相关的技术也没有很多，国外的相关核心技术进行封锁，限制性太大。只能去引进国外的环境监测系统设备以及获取服务。同时由于会操作国外先进设备的人员较少，很难实现大规模使用。
我国环境监测工作是随着国家对于环境保护的加大投入，向高质量发展的目标，从而发展起来的。国内的传统的环境监测装置系统，一般有易受到现场安装使用环境被限制的缺点。场景的应用适用性比较差。传统的测量和控制操作手段比较单一，不能够远距离的监控和报警等提示功能。但是，随着国家对物联网信息技术的发展加大投入。国内相关物联网平台和传统的环境监测的厂商之间共同合作。我国的环境监测系统的发展的方向是明确的，是向着智能化方向前进。实现传感器设备端与云端之间的互联，进一步向着万物互联的方向发展。
国外的环境监测系统设备的研究发展情况如下。传感器技术以及相关电子技术最先出现在西方国家。相关的传感器芯片和数据处理软件有着快速的发展，早实现了智能化操作。许多西方发达国家的环境监测系统装置，已经能同时进行多路采集各种周围环境的相关质量参数[2]。通过物联网技术实现数据的云端监测和进行相关处理分析，从而进行预测并得到相关结论。历经多年的发展和相关电子信息技术的进步，研制出具有自动化、智能化的监测系统成为各个国家的目标。
#### 1.2 课题研究目的及意义
进入21世纪，随着物联网信息技术与电子信息技术的快速进步。因此有必要去设计出一种以物联网技术、传感器技术和电子信息技术构成的多功能环境监测装置。该系统可以同时监测周围环境的多路环境参数。通过环境监测系统装置[3]，能够帮助人们准确的去监测周围环境的参数。力求以最大的力度，寻求科学合理的方法，去解决日常生产生活出现的环境问题。
通过监测系统的长期的积累的数据，分析和追溯污染源头，分析其变化规律。从而建立相关的预警和预报系统。环境监测对于人们的日常生产生活非常重要。不但体现在环境保护和控制污染等方面，而且还是人类生存的重要的基石。坚持促进绿色发展，创建绿色中国的理念，才能拥有更美好的健康生活环境。

### 2  总体方案设计
#### 2.1 整体方案设计
本环境监测系统设计选取了控制和数据处理能力强的STM32单片机作为核心部件。使用温湿度传感器对周围环境中的温度与湿度监测，选取高精度的光强度传感器完成对周围环境的光照强度的测量，对于气压数据的测量，将选取高精度的气压传感器完成工作。该系统使用液晶显示屏幕完成对温湿度数值，光照强度数值，大气压强数值以及设备的状态信息的显示。当无线通讯模组成功连接网络之后，接入云平台。用户可以通过登录物联网云平台后台[4]，查看传感器上报的数据信息和进行远程控制。开发Android上位机软件，使用户在上位机程序上实现对各种环境质量参数监测。整个系统的整体框架图如图2-1所示。

#### 2.2 控制模块方案
本环境监测系统设计使用单片机作为整个系统的控制中心。需要完成传感器数据的采集，无线通讯模组的数据交互，显示传感器数据的功能[5]。在本次的环境监测系统中，控制模块采用的是STM32系列单片机。
例如在芯片选择上面，有低功耗类型STM32L系列、主流类型F1系列、高性能F7/H7系列、以及异构系统架构下的 STM32MP157系列。在软件程序设计过程中，官方提供了图形化配置软件STM32CubeMX。可以快速生成底层配置代码，减少重复性移植。同时该32位芯片的相关技术资料和参考设计资料较多，因此被运用到各种电子系统设计之中。本课题准备使用控制性能强劲和数据处理能力强的STM32F103ZET6芯片作为核心控制模块元件。
#### 2.3 环境监测传感器方案
环境监测系统主要需要监测的数据有温湿度数据，光照强度数据和大气压强数据等基本环境质量参数。因此需要选择相应的温湿度传感器，光强传感器，精度较高的气压传感器[6]。
温湿度数据采集传感器选择了AHT10。AHT10模块上面有一个湿度传感器元件和一个片上温度传感元件，该产品具有快速响应、抗干扰能力强和高精度等优点[7]。
光照强度数据采集的传感器选择了BH1750。BH1750是标准（I2C）接口的16位数字输出类型的环境光强度传感器，可以利用BH1750模块的高分辨率探测较大范围内的光照强度变化情况[8]。
大气压强数据采集传感器选择了BMP280。数字式气压传感器BMP280，具有高精度的特点，而且也具有测量环境温度和高度的功能。
综上所述的传感器模块，在选择时考虑到了其成本，使用的方便性，相关设计资料的丰富性，传感器模块实物图如图2-2所示。

#### 2.4 无线模块方案