基于STM32的光照傳感器實驗的研究與實現

付蔚 張棚 李正 胡燦偉

【摘?要】隨著物聯網技術的快速發展，物聯網已經在我們身邊無處不在。為了培養物聯網行業的高技術人才[8]，許多高校陸續開設物聯網工程專業，但很多高校在物聯網工程專業實驗課程上存在人才不培養目標的不明確以及教學方案不夠完善;針對這些問題，提出具體的項目設計來提高物聯網實驗的綜合性，培養學生的實踐動手和創新能力，滿足學生全面發展和復合型人才培養的要求。

【關鍵詞】物聯網技術;實驗課程;人才培養;光照傳感器

引言

伴隨著互聯網技術的迅速發展，物聯網技術也得到蓬勃發展，物聯網技術是一個復雜的系統[1]，覆蓋了多領域技術與知識，包含電子、通信、計算機等多個學科;現如今物聯網應用領域及其的廣泛應用到工業、農業、以及醫療等諸多領域，發展前景十分廣闊，同時也伴隨著技術的快速更新。科學技術是第一生產力，在我國“十三五”國家戰略性新興產業規劃表明，信息革命進程持續快速演進，物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術廣泛滲透于經濟社會各個領域，信息經濟繁榮程度成為國家實力的重要標志。目前，物聯網工程專業的人才培養仍處于探索階段，如何培養真正適用于物聯網產業的創新復合型人才是物聯網工程專業建設的重點[2]。

當前大多數高校，在教學匯總普遍存在重理論、輕實踐的問題，理論知識結合實踐的能力較差，難以實現高素質工程類人才的培養目的[3]。而物聯網工程專業在注重理論教學的同時也需要側重學生動手能力，培養學生實踐與理論結合的能力。根據復合型人才培養要求，構建物聯網工程專業創新創業型層次化實驗教學平臺，需要把實驗教學作為理論課的擴展的應用，并作為教學過程中的一個重要組成部分[4]，對于培養學生的創新實踐能力發揮著重要作用。針對當前復合型人才培養要求以及物聯網技術的應用，開展光照傳感器采集試驗。

1.系統總體設計方案

此實驗包含STM32、BH1750FV1光照強度傳感器模等模塊結合ZigBee無線通信技術進行光照度的數據采集與傳輸。其中STM32模塊為主控模塊，光照度傳感器模塊內部是由芯片BH1750FV1來采集光照強度，其主要作用就是針對系統運行中所涉及的各項信息數據進行收集、處理和傳遞，并完成指定的工作。并通過I2C接口通訊;再結合ZigBee無線通信技術進行數據傳輸，最終在PC端顯示。

2.ZigBee通信技術

ZigBee，也稱紫蜂，是一種低速短距離傳輸的無線網上協議，底層是采用IEEE 802.15.4標準規范的媒體訪問層與物理層，是一種模擬蜂蜜之間的交流方式而研發出來的新型短距離無線網絡通信技術。隨著無線傳感器網絡技術的廣泛應用，物聯網技術的快速發展就是基于ZigBee技術在無線傳感器網絡中的應用，使傳感器與互聯網完美的融合在一起，能夠實現對物體的遠距離信息采集和控制。相比較WIFI、藍牙這兩種無線通信技術，ZigBee無線傳輸技術可容納的網絡節點數量遙遙領先，ZigBee具有功耗低、成本低、時延短的技術特點，在整個智能家居系統之中，將ZigBee技術加以運用能夠有效的提升系統的運行效率。完整的ZigBee 協議棧自上而下由應用層、應用匯聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成。

3.硬件設計

此實驗采用STM32F103C8T6模塊為主控芯片進行傳感器數據采集處理，BH1750FV1模塊進行光照強度的采集，ZigBee無線通信模塊進行信息的遠距離傳輸。STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M 內核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓2V～3.6V，工作溫度為-40°C ～85°C。BH1750FV1是一種用于兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據收集的光線強度數據來調整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化。

4.軟件設計

程序開發是在MDK集成開發環境中進行開發，并應用網關Gateway2軟件，添加光照傳感器節點后觀察數據。在主函數流程中，主要進行系統的一些初始化設置，主要是系統時鐘初始化、端口初始化以及ADC的初始化設置和定時器三初始化，同時每50mS進行一次進行溫濕度的采集。在溫濕度采集函數中，實現IO口模擬I2C的采集方式對溫濕度進行采集，同時將采集的光照強度值放到數組中。在系統的定時器3中斷處理函數中，實現將采集到的光照強度數值通過ZigBee發送出去。程序結構圖如圖4所示。

5.實驗步驟

首先將工業節點模塊連接到PC機，連接圖如圖5所示;再用keil5軟件進行程序代碼的設計與編譯后進行下載，其次進行工業節點和協調器的模式配置，并需要注意節點短地址對應;最后運行網關Gateways軟件，添加光照傳感器節點后觀察數據。

6.結束語

物聯網作為一個新的應用方式，是綜合多種技術在一定領域的體現。在最近幾年，各方面技術的快速發展以及在多方面利好的情況下，我國物聯網技術水平得到了顯著的提高。文本實現的是光照傳感器的采集以及通過無線技術的進行數據傳輸，能充分的調動學生實驗實踐的主動性和積極性，提高學生對物聯網技術的綜合應用的直觀認識和理解，鍛煉了學生的創新能力和實踐能力。

參考文獻：

[1]廖麗嶸.應用型高校物聯網專業實踐教學模式研究[J].現代計算機，2015，31（18）：17-20.

[2]張書欽，王海龍，吳志剛.物聯網綜合實訓教學模式探索[J].軟件工程，2017，20（8）：40-43.

[3]趙翠芹，韋麗娟，馮太琴，等.應用型人才培養的物聯網工程專業課程體系改革[J].物聯網技術，2019，9（8）：103-105.

[4]郭曉然，張總，許燕.物聯網綜合性創新性項目驅動的實驗教學改革[J].物聯網技術，2021，11（02）：110-112.

作者簡介：

付蔚（1981-），女，副教授，重慶郵電大學，研究方向為物聯網與智能家居、網絡控制。

張棚，男，22，李正，男，23，胡燦偉，男，23，重慶郵電大學，工業物聯網與網絡化控制教育部重點實驗室，在讀研究生，研究方向：物聯網技術與應用。

基金項目：

2020年教育部產學合作協同育人計劃項目——面向物聯網工程專業的創新創業實驗平臺研究

（作者單位：重慶郵電大學）