【文章內(nèi)容簡介】 進行連接嵌入到系統(tǒng)中。DHT11溫濕度傳感器的濕度檢測范圍是20％~90％RH；177。5％RH的測量精度；溫度檢測的范圍是0~50℃，177。2℃的測量精度，供電范圍較寬，響應時間短，最長不超過5秒，DHT11溫度傳感器有4個外接引腳，給傳感器上電后，需要經(jīng)過一秒鐘左右的預熱時間，因為剛上電會有一個不穩(wěn)定過程，所以在這段時間內(nèi)控制器不需要發(fā)送任何指令個傳感器。 DHT11實物如圖32所示。圖32的三個引腳中有兩個是電源引腳，有一個是輸出數(shù)據(jù)的引腳，只需要給模塊供上額定的電壓，然后就可以通過單片機的某個IO口從DHT11的輸出引腳采集到所需要的溫濕度數(shù)據(jù)。DHT11是數(shù)字式的溫濕度傳感器，所以其DATA端可直接以數(shù)字方式傳輸所采集的當前環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，由于DHT11是通過單總線的通信方式進行檢測數(shù)據(jù)的輸出，所以僅需將CPU的一個IO接口與DHT11的DATA端連接在一起就能夠進行實時溫濕度數(shù)據(jù)的采集了，為了保證接收數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和正確性一般都會在DHT11的輸出端與單片機的連接處焊接一個5KW的上拉電阻，該電路的設(shè)計相對于其他電路來說比較簡單[10]。DHT11傳感器典型應用電路如圖33所示：圖32 DHT11實物圖 圖33 DHT11傳感器典型應用電路 煙霧傳感器在工作時，內(nèi)部的加熱絲會產(chǎn)生大量的熱量，因此需要較大的工作電流，因此對供電電源有一定的要求，至少應該使用電流在1A以上的電源。MQ2在測量時，輸出的電阻值會隨著空氣中煙霧和可燃氣體濃度的改變而發(fā)生變化。外部使用電位器來檢測閥值，電壓信號經(jīng)過調(diào)整以后送到后面一級，經(jīng)過由LM393組成的比較器進行比較，最終將得到的模擬量電壓信號輸出，以便控制器對其進行數(shù)據(jù)的收集與處理。MQ2模塊與單片機的電路連接如圖35所示[11]。圖35 MQ2模塊與單片機連接電路圖SW420為常閉式振動傳感器采用了比較器輸出，波形好，信號穩(wěn)定，有較強的驅(qū)動能力，電流大于15mA。如果沒有震動時，振動開關(guān)處于導通狀態(tài)，輸出低電平，綠色的指示燈點亮；有震動時，振動開關(guān)斷開，輸出高電平，綠燈不亮。輸出可直接連接到單片機，由單片機來檢測電平的高低，從而檢測有無振動，發(fā)出震感報警信號。SW420與單片機連接的電路原理圖如圖36所示。圖36 SW420震動傳感器與單片機連接電路圖 GSM無線通訊模塊設(shè)計單片機與SIM900A模塊的連接和控制主要是通過串口進行控制。SIM900A的串口提供了很多控制線，這樣就會使得接口變得非常復雜。為了使設(shè)計簡單化，采用串口的方式與單片機連接，這樣僅需要三根線即可實現(xiàn)單片機與SIM900A模塊之間的通信，即發(fā)送線TXD，接收線RXD，地線GND三根線。通過SIM900A模塊發(fā)送短信息需要單片機通過串口發(fā)送相應的指令才能實現(xiàn)，SIM900A模塊的控制指令采用簡單的AT指令即可實現(xiàn)短信息和電話功能，在本設(shè)計中主要使用了模塊的短信息功能，短信息功能有分為Text模式和PDU模式，兩種短信息模式在發(fā)送指令上有部分差別，根據(jù)不同的功能需要，在本設(shè)計系統(tǒng)中兩種模式均涉及。本設(shè)計選用SIM900A模塊作為系統(tǒng)的GSM通訊模塊，主要考慮其功耗低，運行穩(wěn)定且體積較小，安裝較為方便等優(yōu)點。SIM900A模塊的與單片機的的連接需要經(jīng)過RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，電路連接如圖37所示[12]。圖37 SIM900A模塊與單片機連接電路圖在本系統(tǒng)中LCD12864液晶顯示用于顯示當前的日期時間、系統(tǒng)周圍的溫濕度、煙霧濃度及雨量檢測數(shù)據(jù)。LCD12864的顯示功能比較強大，不僅僅能顯示中文和英文，而且一些較為復雜的圖形符號都可以通過編程的方式在液晶屏上顯示出來，LCD12864液晶屏與單片機的連接方式有串行連接和并行連接，可以根據(jù)不同場合和顯示數(shù)據(jù)量的大小進行選擇。并行連接的數(shù)據(jù)顯示和傳輸速度快，適合對顯示速度要求高的場合，但是IO資源占用的較多；串行連接的數(shù)據(jù)顯示和傳輸速度相對較慢，但是其IO資源占用較少，對顯示速度要求不高的場合可以選用串行方式連接。并且LCD12864液晶屏的顯示程序比較簡單，與外部控制器的電路設(shè)計連接非常方便，能夠很好的嵌入到系統(tǒng)中。雖然本系統(tǒng)中單片機接口資源豐富，但是考慮減輕電路焊接的工作量，所以采用串行傳輸?shù)姆绞脚cLCD12864液晶顯示屏連接通訊。LCD12864液晶顯示屏電路連接如圖38所示。圖38 液晶顯示電路 由于蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動器件，只需要給蜂鳴器供上額定的電壓就能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出響聲。單片機驅(qū)動蜂鳴器有兩種方式：一種是通過單片機輸出PWM直接對蜂鳴器進行驅(qū)動，另一種是通過單片機的IO電平翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生不同的驅(qū)動波形對蜂鳴器進行驅(qū)動[13]。因為蜂鳴器的工作電流比較大，所以無法直接通過單片機的IO口進行驅(qū)動，一般需要通過放大電路才能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響。驅(qū)動電路如圖39所示。LED報警指示功能的驅(qū)動電流和驅(qū)動方式較為簡單，可以通過單片機的IO直接驅(qū)動。報警驅(qū)動電路如圖39所示。圖39 報警驅(qū)動電路電源適配器能夠很好的輸出較為平穩(wěn)的直流電壓，其輸出電流也相對穩(wěn)定，并且電源適配器有塑料外殼能夠起到電源芯片的防塵和防爆作用，其內(nèi)部電路的功耗較低，穩(wěn)定性也相對比較好，攜帶也比較方便。電源適配器一般都具有多種自我保護功能，使用更加安全可靠。此處我們選用5V1A的直流輸出型電源適配器作為電源驅(qū)動模塊。這種電源驅(qū)動模塊安全可靠、運行穩(wěn)定、工作效率高，并且適配器內(nèi)部還設(shè)計了過流保護，這樣就使得整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定。，，通過該穩(wěn)壓芯片的內(nèi)部整流和穩(wěn)壓電路對輸出電壓進行精確的降壓，保證控制系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。圖310 第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)主程序設(shè)計中，防止不同功能函數(shù)之間的運行沖突，造成不合理的運行結(jié)果，主函數(shù)對各子函數(shù)的合理調(diào)用非常關(guān)鍵，在本設(shè)計中主函數(shù)的運行主要包括初始化所有函數(shù)、配置寄存器、傳感器數(shù)據(jù)讀取函數(shù)、采集數(shù)據(jù)運算函數(shù)、LCD顯示函數(shù)、掃描報警中斷函數(shù)。主程序工作流程如圖41所示。圖41 主程序工作流程圖為了確保通信數(shù)據(jù)接收的穩(wěn)定性和準確性，對于DHT11溫濕度檢測傳感器軟件設(shè)計的測溫原理必須遵循標準的單總線通信協(xié)議，單片機通過標準的時序?qū)懭牒妥x出DHT11寄存器中的數(shù)據(jù)，包括初始化命令、等待應答脈沖、發(fā)送指令及數(shù)據(jù)合并計算等操作[14]。傳感器復位完成后，需要等待接收應答信號，然后發(fā)送掃描命令并啟動溫度轉(zhuǎn)換，最后等待溫度轉(zhuǎn)換完畢后，保存數(shù)據(jù)。如此反復，完成所有操作，其流程圖如圖42所示。圖42 DHT11 數(shù)據(jù)采集程序流程圖煙霧傳感器工作時，其輸出端信號為0~，因此需要與STM32單片機的ADC接口相連接，通過單片機內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換電路，將輸入的模擬量電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字量信號，然后通過數(shù)據(jù)的處理，變量轉(zhuǎn)換，最終計算出我們所需要的有效數(shù)據(jù)，為了確保有效數(shù)據(jù)的精確度和傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對煙霧傳感器輸出端采集數(shù)據(jù)時需要延時一段時間，確保傳感器預熱時間的充足[15]。此運行流程包括：系統(tǒng)初始化、預熱延時、配置ADC通道函數(shù)、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)線性計算，等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢后，對數(shù)據(jù)進行保存。如此反復運行，直到完成整個流程操作。MQ2傳感器數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖43所示。 雨滴傳感器工作時，其輸出端信號為0~，其檢測電壓經(jīng)過比較器輸出，輸出電壓信號平穩(wěn)，波形完整的模擬量信號；其信號輸出端可直接與STM32單片機的ADC接口相連接，通過單片機內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換電路，將輸入的模擬量電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字量信號，然后通過數(shù)據(jù)的處理，變量轉(zhuǎn)換，最終計算出我們所需要的有效數(shù)據(jù)，為了確保有效數(shù)據(jù)的精確度和傳輸?shù)姆€(wěn)定性，對雨滴傳感器輸出端采集數(shù)據(jù)時需要延時一段時間，確保傳感器預熱時間的充足。此運行流程包括：系統(tǒng)初始化、預熱延時、配置ADC通道函數(shù)、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)線性計算，等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢后，對數(shù)據(jù)進行保存。如此反復運行，直到完成整個流程操作，雨滴傳感器數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖43所示。圖43 MQ2和雨滴傳感器數(shù)據(jù)采集程序流程圖 SIM900A模塊的軟件設(shè)計經(jīng)過對系統(tǒng)硬件設(shè)計之后，SIM900A的軟件設(shè)計工作包括串口發(fā)送與接收程序、數(shù)據(jù)存儲程序、短消息編輯發(fā)送程序、數(shù)據(jù)采集處理控制程序和測試程序等[16]。本系統(tǒng)中GSM短信息命令運行的主要控制方式是通過串口方式實現(xiàn)STM32與SIM900A模塊的命令發(fā)送與接收，GSM模塊的控制命令是通過AT指令。系統(tǒng)首先通過AT指令進行波特率的匹配，等待應答指令的返回，通過數(shù)據(jù)預警值對比函數(shù)觸發(fā)報警中斷函數(shù)，實現(xiàn)GSM遠程異常環(huán)境變化報警的功能。在系統(tǒng)中需要一張開通GSM網(wǎng)絡(luò)的手機卡，能夠接受和發(fā)送短信指令，并且設(shè)定唯一控制終端手機號碼，防止其他手機控制端對該系統(tǒng)進行惡意操作，SIM900A模塊的工作流程圖如圖44所示。圖44 SIM900A模塊的工作流程圖第5章 系統(tǒng)的調(diào)試及實驗結(jié)果 調(diào)試步驟第一步： 設(shè)計硬件電路原理圖，并完成系統(tǒng)硬件電路的焊接。第二步： 將單片機系統(tǒng)與LCD12864液晶屏連接顯示，確保液晶顯示與STM32單片機能夠正常進行數(shù)據(jù)顯示。第三步： 將SIM900A模塊與STM32單片機通過RS232串口相連接，給單片機下載一個撥打電話的測試程序，保證STM32與SIM900A模塊單片機能夠進行正常的通訊。第四步： 將STM32單片機與溫濕度傳感器DHT11相連，燒寫讀取DHT11溫濕度的C程序，并在LCD12864液晶顯示屏上顯示出來，保證溫濕度檢測的硬件及軟件部分的正確。第五步： 將STM32單片機與煙霧傳感器MQ2和雨量傳感器相連接，燒寫讀取