基于ESP32的糧倉遠程溫濕度監控系統

陳星星 李亞品 段納 梁雨

摘要 針對糧倉環境信息采集中溫濕度采集設備體積大、精度低、供電布線成本高等問題，設計了一種具有便攜性、準確性、實時性和可擴展性的遠程采集及處理系統。該監控系統采用STM32微處理器、溫濕度傳感器DHT22、溫度傳感器DS18820和無線通信模塊ESP32，借助于Yeelink平臺實現了溫濕度傳感器的接入管理、溫濕度數據的存儲、遠程監測和控制。軟件開發環境為μ C/OS-II和Emwin。調試結果表明該系統能夠實時穩定可靠地反饋現場的溫濕度數據，并通過手機和電腦終端實現實時監測與控制。

【關鍵詞】糧倉 STM32 ESP32溫濕度傳感器Yeelink平臺

我國是一個人口大國，民以食為天，所以對糧食的需求非常巨大。國內糧食存儲量較大，主要采用糧倉來儲存糧食，且易受天氣等因素影響，如果溫濕度不適很容易導致糧食霉變、生蟲，因此對糧倉溫濕度的監測與控制具有一定的現實意義。隨著人們生活品質的提高和互聯網技術、嵌入式系統技術、傳感器技術的不斷進步對便攜化、高速化、無線化的糧倉監控系統的需求越來越迫切。

1 系統整體方案設計

遠程溫濕度監控系統主要由四部分構成：溫濕度采集與控制模塊，電源模塊，無線網絡通信模塊和遠程用戶監控端。系統在糧倉的多點分布溫濕度傳感器，對糧倉中的溫度和濕度進行實時的監控，從而提高倉庫管理的科學化水平。

系統總體框圖如圖1所示。該系統選用DHT22傳感器測量糧倉的濕度和DS18820傳感器測量糧倉的溫度，以提高溫濕度測量的精度。本文選用了低功耗的STM32微處理器，可通過電池供電，實現系統的便攜化。系統軟件設計選用了μC/OS-II多任務實時操作系統，通過無線網絡通信模塊發送溫濕度值至Yeelink平臺，同時獲取溫濕度值進行處理并在液晶上顯示。在監測過程中，若現場空間溫濕度值超出設定值，系統發出報警并反饋到上位機同時驅動執行機構工作。

2 系統硬件設計

系統硬件主要包括溫濕度采集與控制模塊、無線網絡通信模塊、電源模塊。下面具體給出各模塊的設計。

系統控制核心采用處理速度快、功耗低、微型化和足夠存儲空間的STM32F103C8T6微控制器。該微處理器能對數據進行實時處理、控制、顯示與傳輸。它具有豐富的I/O端口、USB接口、ESP32模塊接口、串口等大量的功能模塊，完全滿足遠程溫濕度監測系統設計要求。當糧倉溫濕度值不滿足糧食儲存條件時，STM32微處理器驅動執行機構工作，即控制通風、除濕等設備開始工作。顯示部分采用2.8寸的ILI9341彩色電容觸摸屏，其分辨率為320*240，用于顯示糧倉溫濕度值與參數設定值等信息。

針對無線傳輸模塊傳輸距離、功耗、體積和成本等性能的要求，無線網絡通信模塊可以選用藍牙和Wi-Fi兩種無線傳輸技術。由于Wi-Fi技術的速度和傳輸距離都優于藍牙，所以本系統選用ESP32無線通信模塊。ESP32具有高度集成化、成本低、內置TCP/IP協議棧和體積小等特點，可縮短前期開發時間。

3 系統軟件設計

3.1 軟件總體設計

系統是基于μC/OS-Ⅱ和Emwin的軟件開發環境，軟件設計主要分為兩部分：監控與通信部分和Yeelink平臺部分。Yeelink平臺可實現糧倉溫濕度采集數據實時的存儲、顯示和分析。系統的時基由SysTick定時器控制，采集好的溫濕度數據存取在DMA，減輕了微處理器的負擔。通過Wi-Fi模塊ESP32將數據上傳至Yeelink平臺，同時在液晶界面實時顯示溫濕度數據波形。

3.2 STM32微處理器與ESP32模塊通信的程序設計

ESP32工作模式有STA模式、AP模式和STA+AP模式。本系統采用STA模式，ESP32

通過路由器連接網絡，將采集的糧倉環境信號數據傳輸到服務器。

ESP32模塊的功能主要有數據透傳和網關掛載。

4 系統調試

系統借助Yeelink開放平臺，實現實時的顯示、存儲、分析糧倉溫濕度傳感器采集的數據，并且可以在手機客戶端或者PC機上查看實時數據以及歷史數據曲線，也可以設定傳感器數據預警和報警值。當溫濕度采集數據高于設定值時，平臺可以通過郵件，短信等方式發送報警信息，使用戶及時了解糧倉環境信息。系統的采樣頻率是10秒一次，在軟件編程設計中，以不同開發密鑰來區分不同用戶和分配不同的設備號區分不同設備傳輸數據。

5 結論

本文給出了由STM32F103C8T6微處理器、ESP32無線通信模塊、DHT22濕度傳感器、DS18820溫度傳感器以及Yeelink平臺組成的遠程溫濕度監控系統。系統硬件設計預留了I/O端口，增加了系統的可擴展性。該系統能同步監測與控制空間溫濕度的變化，當溫濕度超出設置額定值時發出警報并驅動執行機構工作，給糧倉管理帶來巨大的便利與安全，具有很好的應用價值，給未來智能糧倉監控系統的發展提供了一個方向，同時還能用于其他需求相近的領域。下一步將對系統進一步進行優化，期望能對糧倉的更多參數實現精確的監控。

參考文獻

[1]李昆，糧倉無線通信溫濕度控制系統設計與實現[D].哈爾濱工業大學，2014.

[2]李家榮，基于單片機控制的大棚溫濕度監控系統的設計[J].江蘇農業科學，2016， 44 （08）： 424-427.