基于STM32的气体监测系统设计与实现

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基于STM32的气体监测系统设计与实现

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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解决方案，它结合了多种传感器、显示模块、报警装置和通讯模块，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实现远程监控和控制。本文将详细介绍该系统的硬件组成、原理图设计、代码实现以及软件功能，适合有一定电子工程基础的读者学习和参考。

系统组成

基于STM32的气体监测系统主要由以下硬件组成：

STM32F103C8T6单片机：作为核心控制器
JW01传感器：用于检测二氧化碳浓度
MQ-9传感器：用于检测可燃气体浓度
MQ-135传感器：用于检测有毒气体浓度
BMP180传感器：用于检测气压
OLED模块：用于显示传感器数据
蜂鸣器：用于气体浓度超标时报警
风扇：用于通风
ESP8266模块：用于WIFI通讯数据传输

原理图与PCB设计

使用立创EDA平台进行原理图设计，该平台适合新手入门，提供了丰富的封装库资源。设计完成后，可以在平台上直接生成PCB，并根据需要对器件进行布局和连线。

硬件代码实现

主函数（main.c）

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);
        }
    }
}

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;
}