基于STM32隧道洞口環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜述

葉傳宗 秦會(huì)斌

摘 要 為了解決獲取隧道洞口環(huán)境值的精度低，設(shè)備安裝難度大等苦難，設(shè)計(jì)了基于STM32處理器的采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以采集隧道洞口照度、色溫、溫度、濕度和露點(diǎn)值，經(jīng)過(guò)RS485傳輸?shù)絇C機(jī)中顯示和保存。該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)在上海市測(cè)試中心經(jīng)過(guò)了更精確的調(diào)試，在誤差范圍內(nèi)可以滿足使用。

關(guān)鍵詞 環(huán)境參數(shù)采集;STM32;RS485傳輸;上位機(jī)設(shè)計(jì)

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隧道建設(shè)項(xiàng)目與日俱增，隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)成為公路隧道研究的重要課題之一[1]，因?yàn)樗淼蓝纯谕獾沫h(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)于隧道洞內(nèi)的燈光調(diào)節(jié)管理有著重要作用。

但是目前面臨著成本高、安裝復(fù)雜等困難。為了解決這些問(wèn)題，本文采用了STM32微處理器和多個(gè)傳感器，設(shè)計(jì)了一種可以檢測(cè)洞外環(huán)境參數(shù)的環(huán)境探頭，其安裝方便，價(jià)格低廉。

1系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)以STM32為核心處理器，它將檢測(cè)模塊中各個(gè)傳感器接收到的數(shù)據(jù)，包括照度，色溫，溫度，濕度值，通過(guò)核心芯片的處理，采用自定義的協(xié)議傳遞到顯示模塊PC機(jī)中，在PC機(jī)一端可將數(shù)據(jù)保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)。具體模塊如下劃分。

采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊主要由多個(gè)傳感器組成，用于探測(cè)環(huán)境中的色溫、照度、溫度和濕度這些環(huán)境參數(shù)[2]。

處理模塊。該模塊在STM32中實(shí)現(xiàn)，它可將各個(gè)傳感器接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，采用自定義協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中。

數(shù)據(jù)通信模塊。該模塊的主要功能就是負(fù)責(zé)下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信，主要采用RS485串口通信來(lái)完成通信功能。

顯示模塊。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1 核心微處理器的選擇

STM32F103VET6是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的一款32位RISC處理器，它的內(nèi)部集成了2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包括了許多標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，比如I2C、SPI、3個(gè)USART、一個(gè)CAN和一個(gè)USB等接口。該芯片的最高工作頻率可以達(dá)到72MHz，這些豐富的資源使得系統(tǒng)硬件電路大幅減少，同時(shí)它的工作溫度范圍在-40攝氏度到+105攝氏度，可以滿足在野外工作的需求[2]。

2.2 數(shù)據(jù)采集器的選擇

該系統(tǒng)用到了色溫、照度、溫濕度[3]三種傳感器，分別采用的是TCS34725，BH1750，SHT30傳感器，選擇這三種傳感器主要考慮到了一個(gè)是價(jià)格因素，第二個(gè)是這三款傳感器穩(wěn)定，工作的溫度范圍廣，完全可以適應(yīng)野外復(fù)雜的環(huán)境[4]。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1 c#串口類

本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件部分采用的是基于c#語(yǔ)言的winform技術(shù)，該技術(shù)中的SerialPort類提供了可以通過(guò)串口來(lái)收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法，同時(shí)它具有功能強(qiáng)大，實(shí)時(shí)性好，通信快速等特點(diǎn)[5]。數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是SQL server2008數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信協(xié)議

該通信協(xié)議根據(jù)RS485的遠(yuǎn)程終端協(xié)議而制定的。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送查詢命令格式如表一所示：

表格中的數(shù)據(jù)都是十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，起始位以2A開始，31表示此時(shí)查詢的是洞外照度數(shù)據(jù)，00表示數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，查詢命令不攜帶數(shù)據(jù)，以23表示結(jié)束命令。

4測(cè)試結(jié)果

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了測(cè)試，上位機(jī)的顯示如圖三所示：

我們?cè)谏虾Ｊ杏?jì)量測(cè)試中心進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)試，最終的結(jié)果如表三所示;

5結(jié)束語(yǔ)

這個(gè)以STM3為核心設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有可查詢當(dāng)前色溫、照度、溫度、濕度、露點(diǎn)值的功能。經(jīng)過(guò)測(cè)試表明，該系統(tǒng)各部分通信正常，且接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理之后，在誤差范圍之內(nèi)可以接受。同時(shí)硬件成本低，容易安裝。以后還可以考慮在該系統(tǒng)中加入視頻模塊等，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的完整性。

參考文獻(xiàn)

[1] 婁誠(chéng).高速公路隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制管理發(fā)展趨勢(shì)[J].北方交通，2012，（05）：122-124.

[2] 丁月林.基于STM32的低功耗溫濕度采集器實(shí)現(xiàn)[J].軟件，2015， 36（5）：84-88.

[3] 張祥，蔡景，林海彬，等.基于STM32的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)儀器儀表，2013，（07）：62-65.

[4] 鄭燕，王楊.基于嵌入式控制的智能家居防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)咨詢，2013，（10）：58-60.

[5] 余小慶，趙偉杰，李曉青.基于C#.Net公共預(yù)算租賃系統(tǒng)上位機(jī)通信及數(shù)據(jù)庫(kù)管理[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2013，（05）：70-73.