基于STM32的气体监测系统设计与实现

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@小白创作中心

基于STM32的气体监测系统设计与实现

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/weixin_45715650/article/details/140732839

基于STM32的气体监测系统是一个功能丰富的环境监测设备，它能够实时监测二氧化碳、可燃气体、有毒气体和气压等环境参数，并通过手机APP进行远程监控和控制。本文将详细介绍该系统的硬件选型、电路设计、软件编程以及手机APP的开发过程。

前言

本文给大家分享一个有趣的产品：基于STM32气体监测系统，大家可以借鉴学习，不管是用来做课设毕设还是拿来做一些有趣的小玩意都可以噢。

1. 器件准备

使用的是STM32F103C8T6单片机
使用JW01传感器用于检测二氧化碳浓度
使用MQ-9传感器检测可燃气体浓度
使用MQ-135传感器检测有毒气体浓度
使用BMP180传感器检测气压
OLED模块显示传感器检测到的数据
可燃性气体、有毒气体浓度超标时蜂鸣器报警，同时打开风扇通风
ESP8266模块实现 WIFI通讯数据传输，wifi通讯需借助一个有网络wifi热点

实物图展示

2. 原理图+PCB

使用的是立创EDA平台画的原理图，这个平台适用于新手入门，而且封装库之类的还挺多的。画完原理图之后，便在平台上面直接生成PCB，随后按照自己想要设计的样式，将器件在PCB板进行摆放再连线。

3. 硬件代码

由于代码篇幅过长，为影响阅读，这里只粘贴部分代码哈~

main.c主函数部分

int main(void)
{
    char buf[20];
    unsigned short timeCount = 0;
    unsigned char *dataPtr = NULL;
    Timer_Init();
    Adc_Init();
    delay_init();
    Usart2_Init(115200);
    DHT11_Init();
    LED_Init();
    OLED_Init();
    bmp180_init();
    ESP8266_Init();
    OLED_Clear();
    delay_ms(500);
    OLED_ShowCHinese(1,1,10);
    OLED_ShowCHinese(1,3,11);
    OLED_ShowCHinese(1,5,12);
    OLED_ShowCHinese(1,7,13);
    OLED_ShowString(1,9,":----ppm");

    OLED_ShowCHinese(2,1,3);
    OLED_ShowCHinese(2,3,4);
    OLED_ShowCHinese(2,5,5);
    OLED_ShowCHinese(2,7,6);
    OLED_ShowString(2,9,":---ppm");

    OLED_ShowCHinese(3,1,7);
    OLED_ShowCHinese(3,3,8);
    OLED_ShowCHinese(3,5,5);
    OLED_ShowCHinese(3,7,6);
    OLED_ShowString(3,9,":---ppm");

    OLED_ShowCHinese(4,1,5);
    OLED_ShowCHinese(4,3,9);
    OLED_ShowString(4,5,":-------kpa");

    while(OneNet_DevLink())
        delay_ms(500);
    OneNET_Subscribe();
    MQ9_limit=MQ135_limit=50;
    while(1)
    {
        if(++timeCount >= 50)
        {
            Uart_Rece_Pares();
            sprintf(buf,"%4d",co2);
            OLED_ShowString(1,10,buf);

            MQ9=(int)MQ9_GetPPM();
            sprintf(buf,"%3d",MQ9);
            OLED_ShowString(2,10,buf);

            MQ135=(int)Get_Adc_Average(ADC_Channel_5,10)*330/4095;
            sprintf(buf,"%3d",MQ135);
            OLED_ShowString(3,10,buf);

            bmp180_measure();
            delay_ms(500);

            BMP180=bmp180_getPressure();
            sprintf(buf,"%.3f",BMP180);
            OLED_ShowString(4,6,buf);

            if(mode==0)
            {
                if(MQ9>MQ9_limit || MQ135>MQ135_limit)
                {
                    Jd0_Set(GPIO_ON);
                    Beep_Set(GPIO_ON);
                }
                else
                {
                    Beep_Set(GPIO_OFF);
                    Jd0_Set(GPIO_OFF);
                }
            }
            else
            {
            }
            OneNet_SendData();
            timeCount = 0;
            ESP8266_Clear();
        }
        dataPtr = ESP8266_GetIPD(0);
        if(dataPtr != NULL)
        {
            OneNet_RevPro(dataPtr);
        }
    }
}

主要就是对一些使用的模块的函数做一些初始化操作~

JW01传感器模块检测二氧化碳浓度

float tvoc = 0;   // TVOC浓度
float ch2o = 0;   // CH2O浓度
u16 co2 = 0;   // CO2浓度
void Uart_Rece_Pares(void)   // 串口接收内容解析函数
{
    if (gReceEndFlag  == 1)   // 如果接收完成
    {
        // 解析接收内容
        if ((u8)(gReceFifo[0] + gReceFifo[1] + gReceFifo[2] + gReceFifo[3] + gReceFifo[4]) == gReceFifo[5])
        {
            // CO2浓度（单位是PPM）
            co2 = (u16)(gReceFifo[1] * 256 + gReceFifo[2]);
        }

        // 清空接收数组
        for (gClearCount = 0;gClearCount < gReceCount;gClearCount ++)
        {
            gReceFifo[gClearCount] = ' ';
        }

        gReceEndFlag = 0;   // 清除接收完成标志位
        gReceCount = 0;   // 清零接收计数变量
    }
}

BMP180传感器模块监测气压

static void bmp180_iic_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(BMP180_SDA_RCC_CLK | BMP180_SCL_RCC_CLK, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    /* SDA GPIO初始化设置 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BMP180_SDA_GPIO_PIN;
    GPIO_Init(BMP180_SDA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    /* SCL GPIO初始化设置 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BMP180_SCL_GPIO_PIN;
    GPIO_Init(BMP180_SCL_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    BMP180_SCL(1); BMP180_SDA(1);
}

static void bmp180_sda_inout(uint8_t dir)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(BMP180_SDA_RCC_CLK, ENABLE);

    if(dir) {
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /* 推挽输出 */
    } else {
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;/* 浮空输入 */
    }
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BMP180_SDA_GPIO_PIN;
    GPIO_Init(BMP180_SDA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

static void bmp180_iic_start(void)
{
    bmp180_sda_inout(1); /* 配置sda线为输出模式 */
    BMP180_SDA(1);
    BMP180_SCL(1);
    delay_us(4);
    BMP180_SDA(0);   /* 开始信号 CLK高电平时，SDA从高变低 */
    delay_us(4);
    BMP180_SCL(0);   /* 钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */
}

static void bmp180_iic_stop(void)
{
    bmp180_sda_inout(1);  /* 配置sda线为输出模式 */
    BMP180_SCL(0);
    BMP180_SDA(0);   /* 停止信号 CLK高电平时，SDA从低变高 */
    delay_us(4);
    BMP180_SCL(1);
    BMP180_SDA(1);   /* 发送I2C总线结束信号 */
    delay_us(4);
}

static uint8_t bmp180_iic_waitAck(void)
{
    uint8_t ucErrTime = 0;
    bmp180_sda_inout(0); /* SDA设置为输入模式 */

    BMP180_SDA(1);
    delay_us(1);
    BMP180_SCL(1);
    delay_us(1);
    while(BMP180_READ_SDA) {
        ucErrTime ++;
        if(ucErrTime>250) {
            bmp180_iic_stop();
            return 1;
        }
    }
    BMP180_SCL(0);
    return 0;
}

4. 软件部分

基于STM32的气体监测系统，是采用了STM32F103C8T6单片机作为核心控制器，结合多种传感器、显示模块、报警装置和通讯模块，实现了一个功能丰富的环境监测系统。

App的设计原理主要围绕以下几个方面展开：

数据接收与展示：
App通过WiFi与ESP8266模块通信，接收STM32单片机通过ESP8266模块发送的传感器数据，包括二氧化碳浓度、可燃气体浓度、有毒气体浓度、气压等，并在App界面上实时展示这些数据。
控制功能：
App提供用户控制界面，允许用户远程控制风扇、蜂鸣器和LED的状态，如启动/停止风扇通风、触发蜂鸣器报警、点亮/熄灭LED等。
阈值设置：
用户可以在App中设置可燃气体和有毒气体的浓度阈值。当监测到的浓度超过这些阈值时，系统自动触发报警和风扇通风，用户也可以根据实际情况调整这些阈值。
用户交互：
App设计应注重用户友好性，提供清晰的界面布局和直观的操作方式，方便用户快速了解当前环境状况并进行相应操作。

使用的是onenet平台，进行数据的传输~

APP界面是可以定制，也支持小程序，支持网页等形式。

当然，硬件部分也允许做一些模块的更换修改的，例如CO2不需要，换成CO，或者增加或减少模块，都是支持的~