基于机智云的环境智能监测系统设计.doc

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1、摘 要当今社会，人们的生活水平越来越高，环境污染问题却越来越严重，城市里工厂的废弃烟雾，工地上废弃的建筑材料，威胁着人们健康安全。周围的环境也受到到了人们的极大的关注。根据需求，市场上也出现了很多有关的环境监测系统，比如说，空气质量监测系统、烟雾监测系统，甲醛监测系统。虽然监测工具功能强大，但是监测对象单一化，只是针对某一固定的气体或者烟雾进行监测，而且监测工具较为庞大，不容易携带。实时性不高，需要用户将设备拿到监测现场进行环境质量的监测，本文设计了一种家用实时的环境监测系统。基于STM32F103RCT6嵌入式主控板的环境，可以远程监控环境数据。传感器采集的室内湿度和室内温度可以通过STM3

2、2F103RCT6进行数据处理并显示在OLED液晶屏上，再通过WIFI模块将数据实时传输到手机终端设备上进行实时监测。关键词：STM32F103RCT6；温湿度；数据采集与处理；机智云AbstractIn todays society, peoples living standards are getting higher and higher, while environmental pollution is becoming more and more serious. Smoke discarded from factories in cities and building materi

3、als discarded from construction sites threaten peoples health and safety. The surrounding environment has also attracted great attention. According to the demand, there are many related environmental monitoring systems in the market, such as air quality monitoring system, smoke monitoring system, fo

4、rmaldehyde monitoring system. Although the monitoring tools have powerful functions, the monitoring objects are single, only for a fixed gas or smoke monitoring, and the monitoring tools are relatively large and not easy to carry. The real-time performance is not high. Users need to take the equipme

5、nt to the monitoring site for environmental quality monitoring. This paper designs a real-time environmental monitoring system for household use. Based on STM32F103RCT6 embedded motherboard environment, the environment data can be monitored remotely. Indoor humidity and temperature collected by sens

6、ors can be processed by STM32F103RCT6 and displayed on OLED LCD screen, and then real-time monitored by WIFI module.Key words: STM32F103RCT6; Temperature and Humidity; Data Acquisition and Processing; Smart CloudII目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 选题背景11.2 课题意义11.3 国内外发展概况1第2章 环境监测系统总体设计72.1 环境监测系统总体描述72

7、.2 环境监测系统总体设计框图72.3 环境监测系统的主要功能82.4 环境监测系统的设计原则和目标8第3章 硬件设计与实现123.1 STM32F103RCT6芯片介绍153.2 温湿度传感器模块设计153.3 烟雾传感器模块设计163.4 OLED显示模块设计173.5 WIFI模块设计17 3. 6 蜂鸣器模块设计.第4章 软件设计与实现124.1 机智云简介154.2 MCU快速开发164.3 系统流程图设计174.4 模块流程图设计19第5章 调试结果与分析125.1 软件调试175.2 硬件调试19结 论39致 谢40参考文献4127第1章 绪 论 1.1 选题背景从科学技术被发明

8、创造出来开始，就一直促进者人类社会的进步，在今天这个科学大变革的时代，科学技术的进步给人类社会带来了巨大的福利，推动了人类社会生产力的发展，更为人类文明的奠定了坚实的基础。各种科技成果层出不穷，被广泛的应用于社会的各个领域在当今社会中衡量技术科学和技术发展的主流。通过手工方法对参数信息系统的早期检测通常是基于视觉监测。工作人员的操作情况不仅增加了工作量，而且确保了检测的真实性和有效性，并且在技术上和经济上都是不合需要的。在现代生产和管理过程中，许多物理，环境参数，数据处理等都需要实时监控。由于所需测试数据的要求在工业生产过程中是实时可靠的，我们需要更强大的持续创新，持续发展和科学技术的不断应用

9、。如今，随着信息技术和自动化的快速发展，无线检测系统在各行各业，尤其是工业和环境测试中发挥着重要作用。传统的有线数据传输，无限形式的有线传输影响着工作效率，应用范围和材料浪费。当今社会中许多大型大学，研究机构和其他研究机构开发的许多仪器和测量工具都是独立运作的。为了集中管理和运营，有必要组建一个网络测试中心。无线传感网络技术在国内外都是一个很时髦的话题，不管是国内还是国际上的研究机构对此都有相关的研究成果。无线传感器网络可在任何时间，任何地点和任何环境条件下实现可靠的实时数据。在未来，无线传感网络是有相当广泛的应用前景。环境智能检测系统可检测温度和湿度以及浓度。实时吸烟，防止因温度过高引发的事

10、故。可实现监控温度，定时传输数据，高温报警和数据传输。可应用于粮仓，温室等一系列温度测量环境。1.2 课题意义众所周知，环境智能监测系统已经出现。近年来，他们一直在以良好的高速发展进步。许多新设备已经开始出现在市场上以满足人们的需求。但是，从整体情况来看，仍然没有进行分析。最好的两个地方是缺乏标准和缺乏权威产品。随着科学技术的进步，经济的发展和人民财富的增加，对自身生活环境的需求水平也有所提高。环境监测越来越受欢迎。智能环境监测系统将会成为未来市场上的一大主流，也会成为国内甚至国际上研究的主流方向，在未来智能环境监测系统可以为人们提供更加智能化、更加人性化的生活模式和生活场景，使居住者的生活更

11、方便，更高效，更适合家庭的日常活动。对于快节奏的生活，人们的压力减少了，同时又极大的方便。而且，在当前的健康和环境保护的世界里，智能地为居民提供空气的温度和湿度来检查空气，使居民能够安心，能够满足人们的个性化需求。同时，智能监控人员可以根据居民的需求，应急处理，危机救援等急救控制来调整方案。完全满足用户的需求。1.3 国内外发展概况科学技术深刻地影响着我们的生活，以往环境监测系统仅仅只是具有单个监测功能模块系统只能一对一进行布线操纵和集中监测操作，然后连接到中央控制室内，监测设备之间相互独立，由于信号传输技术和计算机技术的进步，它可以通过信号线传输多个信号，这将有助于在中央控制室显示所有测试结

12、果。随着现代网络技术的快速发展和无线传感器网络技术应用于各行各业的情况下，先进的现场控制器和PC取代了主机的中央控制。根据操作员的指示，可以自动检测相关数据。检测系统的功能是从以前的集中模型演变成网络模型。一般的工业监测系统采用的是有线网络进行数据传输，这种有线网络有优点，也有缺点。优点就是有线传输网络高速稳定，不会出现数据漏传的情况，比较符合工业监测系统的要求。但是缺点也很明显，就是要根据导电介质的线路来传输数据，单位时间内传输的相关任务会增加此外，施工过程中建筑物不可避免地会受到损坏，造成大量的人力，财力和物力损失和浪费。目前，检测系统的硬件和软件技术已逐渐成熟，主要涉及到开发半导体技术，

13、传感器技术，嵌入式技术，通信技术，数据库技术和各领域的网络技术。无线检测系统可以实现实时检测，感知和收集网络分布区域，监控各种数据对象和处理数据，以及完整的数据收集和测试。从上世纪90年代末开始，传感器网络技术的传统的有线时代已经过去，新的无线时代已经到来传感器网络技术从有线时代进入无线时代。新一代传感器无线网络是由可控数量的传感器节点来组成一个庞大的无线网络，这些节点之间的通信为多跳通信。可以通过多跳通信进行发送和接收传感器网络上的数据信息。传感器网络的主要功能为采集数据、数据处理和监测数据，当然数据要在可监测范围内。由于无线传感器网络的巨大价值，它引起了工业，军事和学术界的高度重视。世界上

14、许多国家，比如，中国目前研究的热点主要集中对于周围环境的感知、智能家庭等方面。检测技术的发展始终与最新技术的发展密切相关。由于用户对检测技术在更简便和更具实时性方面不断提出更高的要求。所以它必定会不断地被发展，才能满足人们的需求。现在，传感器网络在国内的研究还处在相当初级的阶段。但是传感器网络技术作为一门新兴技术，各国的研究水平相差不多。只要我们不断地对传感器网络技术进行发展和完善，相信在不久的将来，传感器网络技术将被广泛的用于社会各个领域。第2章 环境监测系统总体设计2.1 环境监测系统总体描述环境监测系统主要是以STM32F103RCT6嵌入式主控制芯片，外接温度传感器、湿度传感器以及烟雾

15、报警传感器等模块对室内环境的监测，并在OLED屏幕上显示当前的数据，然后将监测到的数据发送到STM32主控板中进行数据分析，当采集到的环境数据超过设定的值时，STM32主控板中的蜂鸣器报警模块会发出报警声。温度传感器可以对室内的温湿度数据进行实时的数据采集，烟雾浓度传感器可以室内的烟雾浓度数据进行采集，两大系统的主要模块在STM32上电后同时进行工作，并把采集到的数据传输到STM32F103RCT6嵌入式主控板中；STM32F103RCT6嵌入式主控板负责数据处理及分析，然后通过无线WIFI模块将数据实时传输到手机终端进行显 示，当温湿度值或者烟雾浓度值达到设定的警戒值时STM32F103RC

16、T6上的 报警模块中的蜂鸣器会发出报警声音，提示用户环境超出阈值。WIFI 无线串口收发器实现手机终端控制器与 STM32主控芯片的互联互通， 将采集到的数据通过WIFI无线传输模块提供给手机终端控制器，并且能将修改后的阈值数据回传给 STM32F103嵌入式主控芯片；手机终端控制器负责将一切来自传感器的数据接收和发送。2.2 环境监测系统总体设计框图图2.2.1 系统总体设计框图2.3 环境监测系统的主要功能A. 温湿度模块温湿度监测: 通过温度传感器和湿度传感器实时地采集室内的温度数据和湿度数据。并提供数据给处理器进行处理，再通过WIFI模块传给手机，通过手机可以远程实时监测室内温湿度。B

17、. 烟雾报警模块烟雾报警功能：烟雾传感器监测空气中的烟雾浓度，通过烟雾浓度值的大小来预判火灾的发生。如果烟雾浓度值过高，已经超过事先设定好的阈值蜂鸣器将发出连续的警报声，直到烟雾浓度值降为正常值。C. OLED显示模块OLED显示：温湿度传感器，以及烟雾报警器采集的数据经过STM32芯片处理后，会以字符的形式显示在0.96寸的OLED屏幕上,并与手机终端上显示的数据同步。显示的顺序为湿度值（hum）、温度值(temp)、烟雾浓度值(smoke)。D. 无线远程控制模块WIFI 无线传输技术:通过 WIFI 无线技术，实现STM32主控制板与手机控制端的无线连接，手机控制端再把设定的阈值数据传给

18、手机，手机就可以实时监控家里的环境。2.4 环境监测系统的设计原则和目标（1）简单易用和经济性能够满足一般情况下的室内环境监测，安装方便操作简单，考虑自身呢个的经济承受能力，所需成本要低。经济实用性价比要高，满足毕业设计的基本需求（2）稳定性和可靠性 如果是作为一个产品，稳定性和可靠性是环境监测系统的基本原则，只有满足这两个条件，才能操作和推广系统。为了使系统长时间运行，不存在硬件故障问题或者是软件内存泄漏的情况出现，因此必须保证系统运行期间硬件设计和软件设计的配置是符合预期的设计要求。（3）可扩展性和实时性在设计该系统时，您应该考虑未来的优化和系统升级，以及不同的环境。它可以轻松添加到其功能

19、中以适应不同的扩展环境，并增加其容错性。同时，当系统启动时，有必要实时监控内部数据，并实时向手机移动终端控制设备发送信息，以监控数据并在第一时间发现房间变化。第3章 硬件设计与实现3.1 STM32F103RCT6芯片介绍STM32F103RCT6上拥有的外设资源包括：48KB SRAM、256KB FLASH、2 个基本定时器、4 个通用定时器、2 个高级定时器、2个 DMA 控制器（共 12 个通道）、3 个 SPI接口、2 个 IIC接口、5 个I/O串口、1 个 USB接口、1 个 CAN接口、3 个 12位 ADC通道、1 个 12 位 DAC通道、1 个 SDIO 接口及 51 个

20、通用 IO 口。该芯片性价比极高，MCU 部分的原理图如下图所示：图3.1.1 STM32F103RCT6部分原理图单片机最小系统单片机的最小应用系统中的就是指该（STM32F103RCT6）芯片能够正常工作，所需要的最少元器件组成的电路系统。其中必须有供电的电源电路、提供工作节拍的时钟电路、遇到故障时恢复初始状态的复位电路，烧写电路，给芯片烧写程序。单片机有顺序地工作的时钟信号由时钟电路提供。无论是从取指令操作到译码操作再进行接收到微命令执行的操作都是按时间顺序工作的。本次设计的时钟电路是将30pF的电容C3接在单片机XTAL1和30pF的电容C2接在XTAL2端口上起到稳频的作用，在中间并

21、联上一个晶体振荡器就可以在没有提供外部的激励信号时，自己产生连续稳定的震荡。本文中最小系统的电路选用的12 MHz的晶振，外接两个30pF的瓷片电容，可微调振荡器的频率。复位电路:只要给芯片供电，就有遇到问题的可能。此时就需要让它回复到初始设定的值。遇到故障时就是通过复位电路使单片机的值恢复到初始设定，接着继续运行。但单片机的复位并不是没有条件的。比如说，单片机电源刚刚接通的时候，板载上的电容所负荷的充电电流达到最大，此时，RST处于高电平状态，也就所谓的单片机上电复位，这个时候单片机的复位形式主要是电阻给电容充电就可以形成上电复位。但随着电容充满电，电容结束充电，基本没有电流，此时RST端的

22、电位维持在低电平。此时只要RST端的电位维持在高电平的时间不小于二十四个振荡周期就可以完成正常的复位。如果有按键，当按下RESET时，单片机的工作状态被中断，RST引脚从低电平切换到高电平，电容被释放形成电流，也就是说已经完成充电的电容将通过电阻的快速地放出电容储存的电能，如果按键不释放，高电平就会一直持续，这样就能够完成单片机的按键复位操作。3.2 温湿度传感器模块设计DHT11温湿度传感器为此次毕设所需的模块选型器材，DHT11中的电阻式感湿元件用来采集空气中的湿度值，DHT11中的另一个NTC测温元件用来采集空气中的温度值，两者组合成了DHT11温湿度传感器中的数据采集模块，采用串行接口

23、的设计，可以实现模块化安装，主要应用数字模块采集技术和温湿度传感技术，较为突出的优点是响应的时间短抗干扰的能力强。表 3.2.1 DHT11温湿度传感器特性参数：型号测量范围测湿精度测温精度分辨力封装DHT112090RH 0505RH214 针单排直插接口说明：建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,但如果连接线的长度大于20米时选择上拉电阻，要更具实际的情况合理选择电阻。表3.2.2引脚说明：Pin名称注释1VDD供电 35.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极DHT11温湿度传感器的温度范围在零摄氏度到五十摄氏度，误差为正负两摄氏度；湿度范围在百分

24、之二十到百分之九十之间（单位为RH），误差为正负五（单位为RH）；响应时间：1 / e（63）6-30s;DHT11温湿度传感器的温度分辨率为八（单位为bit）,湿度的分辨率为八；传感器的采样周期应该大于等于一秒；模块尺寸：30x20mm;DHT11电路图原理图如图3-3所示。图3.2.1 DHT11电路原理示意图DHT11温湿度传感器的通信方式为单线同步通信，传感器与STM32F103RCT6主控板之间的通信时间较短，大约为4毫秒，传输的数据包括传感器实时采集到的温度数据和湿度数据，温湿度数据中即包含有整数部分也包含小数部分（当前的小数部分仅仅用于扩展，传感器传输数据时读取为0），具体的格式

25、可以为：温度数据（整数部分+小数部分）+湿度数据（整数部分+小数部分）+校验和数据，数据为高位先出然后才是低位。当DHT11传感器传输数据正确时，传输的数据为“温度数据（整数部分+小数部分）+湿度数据（整数部分+小数部分）”所得结果为之和。当前状态下，DHT11传感器等待主机发送启动信号，如果主机发送启动信号，在一段时间后，主机发送启动信号完成，DHT11收到启动信号的情况下，DHT11传感器将会发送40bit数据位的实时响应信号，此时DHT11将会从低功耗模式切换为高速模式，并触发温度传感模块和湿度传感模块，进行数据采集，在采集完成后，如果此时没有收到主机发送的启动信号，则DHT11将会重新

26、切换到低速模式。通讯过程如图图3.2.2 DHT11工作时序示意图有如下的时序图可知，总线空闲状态为高电平，高电平为传输有效数据状态，主机先被拉低时间为18ms,直到DHT11发出响应信号，在主机被拉低的时间内，DHT11能够判断出主机的起始信号，并且能够对其做出相应的响应，主机在拉低18ms后开始进入到输入模式，也就是所谓的高电平模式主机继续拉高延时20到40微秒。DHT11传感器的响应信号开始被主机读取，在主机发送完开始信号后，DHT11传感器会等待一段时间，直到主机的开始信号结束，然后再发送80微秒的响应信号（低电平）再发送完信号之后，主机被再次拉高，延迟一段80微秒的时间，然后准备开始

27、发送传感器采集的数据，传感器采集到的数据都是按位发送，每一位的数据都是以50毫秒低电平为单位发送的，而数据的位的0和1是根据高电平的长短来判定的，如果DHT11传感器长时间没有响应，则可以看出读取的响应信号为高电平，我们可以中断采集操作进行处理，检查线路是否连接正常。当采集到的数据传输到最后一位时，DHT11传感器的总线被拉低，延迟时间为50毫秒，然后又被拉高进入空闲状态。图3-5所示是DHT11模块响应部分时序图。图3.2.3 DHT11模块响应部分时序示意图3.3 烟雾传感模块方案设计：烟雾报警模块可以设计成自动监测烟雾浓度，电路形式可以是由STM32单片机、数模转换芯片、以及其他元件构成

28、；因为要考虑到烟雾传感器是把非电量转换为电量传感器输出的是 0-5 伏电压值且电压值稳定，外部干扰小等，可以利用A/D转换器进行数据转换，将烟雾传感器采集到的数据值，转换为相应的物理值进行处理因此要求系统配备完善的模拟量和数字量输入输出通道和完善的中断系统和处理功能。STM32采集烟雾传感器的响应信号，并且进行转换。具体步骤是信号采集处理、声光报警电路以及显示、 保护电路测试。 模数转换就是用于快速、 高精度的对输入信号采样编码， 然后转化成数字量储存在数据储存器中， 然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别， 同时和所设值进行对比， 超出则报警浓度时发出报警。方案的基本原理：烟雾报警模块主

29、要由烟雾传感器、STM32F103RCT6主控板有相应的模数转换模块器件，报警模块（主要有蜂鸣器构成）器件，MQ_2烟雾传感器采集到的烟雾浓度值经过放大器放大信号之后，数据传输到STM32主控板，再经过模数转换，烟雾浓度值的比较，线性化拟合数据处理后，再转换成相应的十进制浓度值再OLED屏幕上显示。 把烟雾浓度值及相应状态下的温度、湿度状态值传输给OLED模块显示， 当烟雾浓度值超出设定的限定值时， STM32中的报警模块中的蜂鸣器将会发出报警声音。 由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，所以在采集烟雾浓度数据值之前要先将烟雾传感器进行预热操作，我们需要给烟雾传感器提供一个5V的电压，在持续输出

30、5V电压的同时，烟雾传感器器件本身的温度会升高，这大大降低了烟雾传感器的反应时间，提高了传感器的准确性，从而保证了传感器持续稳定的工作 在输出 5V 的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝、或电缆线和传感器断线、或接触不良时，进行故障报警。烟雾报警模块结构框图如图所示：图3.3.1 烟雾报警模块结构框图烟雾报警模块原理图如图所示：图3.3.2 MQ-2烟雾传感器原理图详细电路设计 如下图3.3.3所示图3.3.3 烟雾传感电路设计图主要用途检测空气中灰尘浓度，用于空气净化器、空气质量监测仪、PM2.5检测仪等。表 3.3.1传感器接口说明 3.4 OLED显示模块设计三种颜色任你选：蓝色、

31、白色、蓝黄双色2、 通讯模式：4线SPI3、 电路连接GND：电源地VCC：2.2V5.5VSCL：CLK时钟 （高电平2.2V5.5V）SDA：MOSI数据（高电平2.2V5.5V）RST：复位（高电平2.2V5.5V）D/C：数据/命令（高电平2.2V5.5V）兼容3.3V和5V控制芯片的I/O电平（无需任何设置，直接兼容）板子管脚依次为G(地)，3.3V/5V（电源），SCL(CLK 时钟)，SDA（MISO数据），RES（复位），DC（数据/命令单片机采用 3.3V/5V 电压的接线模式,下图以XS128单片机接线图为例：STM32只要有4个IO口就可以驱动移植程序非常简单：驱动程序以

32、标准的.C.H文件写出，轻松移植注意事项：OLED显示屏不同于LCD，OLED上电不反应，需要由程序驱动才能显示！OLED使用的是SPI方式驱动显示屏，SPI方式的优点是速度高，SPI通信的速度通常为几MHz，调整SPI的速度，可以达到更好的显示速度。图4-7 OLED原理图3.5 WIFI模块设计WIFI(无线传输) 技术简介WIFI是一种可以支持图像数据，语音数据，多媒体等数据的短距离无线传输技术。在一定的范围内可以使接入互联网的用户持续地接收到无线电信号。WIFI也称无线保真技术。WIFI(无线传输) 主要技术特点（1） 覆盖范围广一般情况下,WIFI的传输距离相比于其他传输方式，有较为

33、明显的优势，WIFI的传输距离较远，其原因是WIFI的电波范围广，即使在半径范围微100m的距离以外，也可以收到相应的WIFI信号，而相比之下，蓝牙的传输距离就比较短，蓝牙只有在半径15m的范围内才可以传输。（2）传输的速度快高达54Mb / s的传输速率允许WiFi用户随时随地接收网络，并快速享受各种宽带信息，如在VR游戏，抖音直播等需要网速较快的情景下服务。（3）应用度高今天有越来越多配备WiFi的电子设备，手机，笔记本电脑和平板电脑几乎都包括主流标准配置的WiFi。因此，WiFi被用作无线传输模块。该模块使用高速嵌入式Wi-Fi模块ESP8266.WIFI通信模块驱动器和TCP / IP

34、协议栈内部集成，ESP8266是低功耗嵌入式WIFI模块。属性单独工作电压： 3.3V；功耗：-连接 AP 且无数据传输时， 7mA;-20kbps下发送数据时， 22mA；-待机模式时， 8A；Wi-Fi连接属性-支持 2.4GHz下的 802.11b/g/n 116信道-WEP, WPA/WPA2 PSK/Enterprise加密-传输功率： 16.5dBm11b, 15.5dBm11g, 14.5dBm11n-最小接收灵敏度： -98dBm-最大数据传输速率： 11Mbps11b, 54Mbps11g, 72Mbps11n HT20-WIFI模式： Station, SoftAP和 WI

35、FI直连-1x1 802.11n高级属性工作温度： -40 853.6 蜂鸣器模块设计蜂鸣器是一种一体化结构的发声器件，可以通过直流电压提供电源，市面上大多数应用于一些小型设备比如计算机、报警器、等一些简单的电子模块中作为一种可以发出声音的器件。蜂鸣器主要分为两种：一种为压电式蜂鸣器；另一种为电磁式蜂鸣器；两种蜂鸣器各有不同。1.压电式蜂鸣器由以下几个部件组成，共鸣腔、外壳、多谐震荡器、阻抗匹配器、压电蜂鸣片，其中多谐振荡器是有多个晶体管和集成电路组成的。发声时，频率大概在1.5到2.5k赫兹，为有源声音信号。压电式蜂鸣器在接通电源后，压电蜂鸣器中的多谐振荡器产生相应的振动，从而产生有缘声音信

36、号，而压电蜂鸣器中的阻抗匹配控制器推动压电蜂鸣片发生振动，从而发出声音。2.电磁式蜂鸣器主要由以下几部分组成，塑料外壳、振动膜片、振荡器、磁铁、电磁线圈。原理主要是由电产生磁场。当电磁式蜂鸣器接通电源后，在电磁线圈和磁铁的相互影响下，震荡器产生可以观测的有源信号，有源信号通过电磁线圈使其周围的磁场发生变化，从而产生磁场，此时振动膜片受到磁场的作用，开始规律性的振动，从而发出声音。驱动方式及电路自激式蜂鸣器引脚连接着三极管放大器的基极，可以通过三极管使得蜂鸣器发出声响，不需要使用其他交流信号进行驱动，完全是由直流电压进行驱动，在引脚驱动输出口输出一定的电压，就可以驱动蜂鸣器工作了。图 4-8蜂鸣

37、器驱动电路第4章 软件设计与实现4.1机智云简介机智云平台是业界的长期努力和对物联网传统行业的深刻变革，为个人和企业打造的一个智能硬件云服务平台，这款云平台可以为用户提供相应的配套物联网硬件开发工具及服务，比如：硬件接入服务、开放平台服务以及分析服务。当我们通过Smart Cloud背景的自助访问免费连接到开发板时，我们可以在大约30分钟内完成物联网原型设备的开发。通过智能云背景可视化设备功能定义工具，可以免费实现硬件厂商自助，快速访问云硬件产品，实现快速开发。 Smart Cloud为物联网设备网络连接，远程控制和互连提供免费的云服务支持。通过Smart Cloud后台完成设备的功能定义后，

38、后台自动生成负责底层通信的SDK（应用程序开发工具包）。开发人员只需完成界面用户体验层的开发，然后在集成SDK上完成智能硬件App的开发。设备连接到Smart Cloud后。通过Smart Cloud的开放平台，更多的第三方应用程序开发人员可以为用户提供应用程序开发服务。 Smart Cloud不仅提供免费的统计分析和设备数据处理，还为智能硬件和第三方智能硬件的互连提供了基本条件。通过简单的自助工具，完善的SDK和API服务功能，就可以在一定程度上降低了物联网硬件开发的技术门槛。智慧云平台为开发人员提供自助式智能硬件开发工具和开放式云服务，不仅最大限度降低了开发人员的成本，也在一定程度上提高了

39、物联网硬件设备开发人员的产品生产速度，并且智能升级了开发人员。更好连接并服务于最终消费者。图5-1 平台接入示意图4.2 MCU快速开发Smart Cloud Platform是一个致力于物联网和智能硬件云服务的开放平台。 Wit Cloud专注于提供智能云服务和物联网软件和硬件解决方案，以帮助传统硬件供应商升级其产品并快速实现硬件智能。为了实现硬件的智能，除硬件本身外，还需要实现：智能云平台，移动APP，网络模块，每个领域都需要专业的团队支持。Wit Cloud提供了一个完整的解决方案，允许供应商或开发人员专注于他们自己的产品硬件。以最小的成本和风险实现硬件智能，并获得产品的最大附加值。本节

40、介绍了云设备访问的基本过程。硬件设备与机智云数据交互流程如图所示：. 图5-2 机智云自助接入流程如图所示。A. 注册成为智能云开发人员在使用智能云平台服务之前，您需要注册一个Wit Cloud Developer帐户。单击以注册Wit Cloud Developer帐户，将其分为“个人帐户”和“企业帐户”，如下图所示。如果您是企业用户，请务必申请公司帐户（具有更多企业服务需求）。 B.创建产品在开发者中心点击“创建新产品”后输入产品名称以及选择对应设备接入方案即可完成“新产品”的创建。第一步、点击“创建新产品”；第二步、输入产品名称与选择设备接入方案；第三步、创建数据点，点击“新建数据点”，

41、添加开关机数据点；第四步、下载云端自动生成的协议。C.设备与应用开发设备端访问：开发人员或企业R人员只需要在正在开发的智能硬件上嵌入编写智能云连接协议GAgent的网络模块，即可通过智能云平台实现设备组网和智能。包括Wi-Fi，GPRS等主流联网方式，还支持BLE，GSM，CDMA，Zigbee，LoRa等网络解决方案。应用程序端访问：开发人员或企业R人员可以将智能云提供的APP SDK集成到正在开发的移动应用程序中，并连接到智能云平台，实现APP通过云控制智能设备。D.调试产品开发人员在Wit Cloud开发人员中心创建产品后，您可以参考Wisdom云文档中心的相关技术文档进行智能产品开发。

42、在调试过程中，开发和调试设备将连接到Wisdom Cloud Sandbox服务器（测试服务器），为开发人员提供完整的测试环境和智能云的一些功能。产品开发完成后，需要申请发布，开发的产品将重新部署到生产服务器。4.3主程序流程图设计一、主程序流程图： 系统主要设计为两个模块：初始化模块和循环主体模块。系统的主要功能是通过调用子函数来实现，通过传递相应的参数来改变对应的值，当一个子函数被调用时，先判断是否符合执行条件，若符合条件则执行相关语句，不符合直接返回。初始化模块是主程序的重要组成部分，初始化主要是对寄存器的功能模式、定时器的工作方式以及其他端口的工作状态进行相应的设置，在STM32开发板

43、上电后，先对系统进行初始化，初始化完成后进行定时器和外部中断，显示数据等操作。在系统进行相应的初始化之后，先判断传感器对应端口的电平状态，若为低电平则重新初始化，若为高电平则调用传感器的子程序并开始采集数据，子程序中可以设定阈值并可以进行修改，之后OLED显示当前的温度、湿度和烟雾浓度值，此时，用当前的测量值与阈值进行比较，若测量值大于阈值，蜂鸣器会发出报警声，若小于则继续显示。主程序流程图如图所示：图5.3.1 主程序流程图 4.4模块代码流程图设计4.4.1、OLED显示流程图OLED模块显示主要是通过调用相应的子函数来实现，下面介绍OLED显示屏显示一个字符串：“Temp”,主函数的语句

44、为：OLED_ShowString(63,48,”Temp”);OLED_Refresh_Gram();63和48 是相应的位置坐标调用字符串显示函数：void OLED_ShowString(u8 x,u8 y,const u8 *p);这个字符串显示函数通过调用指针*p不断调用字符显示函数void OLED_ShowChar(u8 x,u8 y,u8 chr,u8 size,u8 mode);来显示字符串中的每一个字符，在OLED_ShowChar()函数中又调用画点函数：void OLED_Drawpoint(u8 x,u8 y,u8 t);把每个字符的点阵全部画完。在STM32的SRA

45、M中开辟一块128*8字节的空间OLED_GRAM1288.用来存放对应屏幕上的坐标，也就是OLED_GRAM中保存了所有点的坐标。OLED_Refresh_Gram();的作用就是把128*8字节的空间OLED_GRAM1288里的数据通过两个for循环全部写入到SSD1306(OLED模块控制器)的GRAM中。通过调用OLED_WR_Byte()函数。这个函数作用是向SSD1306中写入一个字节数据。对OLED进行过初始化OLED_WR_Byte()函数，字符串就显示在屏幕上了。如图所示图4.4.1 OLED 界面显示流程图4.4.2 烟雾传感器烟雾传感器模块主要分为数据采集模块和ADC模

46、数转换模块，当烟雾传感器完成初始化之后，开始采集烟雾浓度数据，然后再由ADC模块将传感器的模拟信号转化为数字信号STM32读取数据后，在OLED上显示当前状态下的烟雾浓度数据，再用数据进行与阈值的比较，若测量的当前数据大于阈值，则蜂鸣器发出报警声音。否则再OLED上继续循环显示测量数值。图4.4.1 烟雾传感器工作流程图4.4.3 温湿度传感器DHT11通信过程，总线处于高电平时，总线发出等待接收信号指令，拉低电平，等待DHT11响应，当低电平持续时间大于18us后，满足DHT11接收到信号的时间长度，DHT11开始接收主机的信号，当接收到主机开始信号后，发送80us低电平响应信号，主机发送开始信号后，等待大约30us后，读取DHT11反馈回来的信号，主机发送开始信号后，便可以切换到输入模式，也就是输出高电平，总线再由外界上拉电阻拉高电平。起始阶段总线为低电平，DHT11先发送一个请求响应信号，随后总线会将总线拉高80us作为响应应答，此时，DHT11传感器开始准备发送数据，每一个bit发送响应信号都在50us低电平时段内，如果读到的信号为高电平，则DHT11不会响应，此时应该检查一下电路是否正确，当所有数据都发送完毕后，DHT11总线会拉低50us，随