基于單片機STM32的環境檢測教室系統的設計

李張麗，鐘玲玲，李峰，李長凱

（安徽新華學院，安徽合肥，230088）

在日常學習生活中，有時需要對環境的溫濕度以及噪聲濃度進行監測，來了解溫濕度和噪聲濃度是否在規定的范圍內，以保證周圍環境的舒適度，利用STM32F款單片機為控制核心，溫濕度傳感器和分貝傳感器為采集電路、TFT液晶屏語音播報為顯示電路，是實現教室環境檢測的一種簡單有效的方法[1-2]。

1 系統整體設計

本系統有九個部分組成：有STM32F103ZE單片機、DHT11溫濕度傳感器、HH_06.03分貝傳感器、單片機復位、獨立按鍵、時鐘震蕩、TFT液晶顯示、語音播報和LED警示燈。主要利用STM32微控制器實現兩個模擬量的采集，采集的溫濕度信號和分貝信號，根據MCU發出的命令，出現對應的信息，該信息當作與外界的交互。本次設計出來的環境檢測教室系統主要采用DHT11溫濕度傳感器和主動型的HH_06.03分貝傳感器實時采集教室的溫濕度和分貝值，并在TFT液晶屏上以平面模擬動畫的形式實時顯示溫濕度值。如果環境中出現溫濕度異?；蛟肼暦重愡^高就會引起LED警示燈亮起來引起警示。此系統會根據對應數據顯示出相應的燈，作為與外界的交互。從而來檢測教室的環境。系統整體結構如圖1所示。

圖1 系統整體結構圖

2 系統硬件設計

選用 STM32F103ZET6芯片為核心板。加上外設備組成單片機最小系統[3]。溫濕度采集:采用DHT11溫濕度傳感器實時采集教室的溫濕度，并在TFT液晶屏上以平面模擬動畫的形式實時顯示溫濕度值。分貝值的搜集篇：準時搜集教室的分貝值是利用主動HH_06.03分貝傳感器，將分貝值用平面仿真動畫以及數字的形式及時浮現在TFT液晶顯示屏上。萬年歷篇:利用單片機內部RTC時鐘資源，顯現年、月、日、時、分、秒等。TFT液晶顯示篇：根據MCU給出的命令，出現對應的信息，該信息當作與外界的交互。語音進行播報篇：采集到的信號沒有做過數據處理問題之后，根據MCU發出的指令，播報相應的內容。LED警示燈篇：根據環境的不同按鍵進行操作，對應數據顯示出了相應的燈，作為與外界的交互。獨立鍵盤:分別播放不同信息的功能。

■2.1 溫濕度以及分貝值測量模塊

現如今社會生活之中，功能繁多的電子產品已經給我們的生活帶來諸多的便捷，本次設計，是利用STM32微控制器實現兩個模擬量的采集，傳統的溫度檢測主要是熱電容器的溫度傳感器，但熱電容器的可靠性差，測量溫度精度低，必須轉換成一個特殊的接口電路，變成一個數字信號，由微控制器處理。采用DHT11溫濕度傳感器溫度、濕度可以同時采集，靈敏度高。有噪聲時使用HH_06.03分貝傳感器來采集分貝值，靈敏度高，功耗小。因此直接用DHT11類傳感器、 分貝HH_06.03型兩種傳感器，自帶模數轉化小巧又異常靈敏[4]。溫濕度采集和分貝值采集電路原理圖如圖2、圖3所示。

圖2 溫濕度采集原理圖

圖3 分貝值采集原理圖

■2.2 LCD 模塊

這是一個通用的液晶模塊接口，支持全系列TFTLCD。LCD 是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，上基板和下基板玻璃上分別設置彩色濾光片和TFT（薄膜晶體管），通過TFT上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。LCD模塊中的DB0-DB8和DB9-DB17引腳是按順序與STM32F103ZE單片機中D0-D15引腳相連接的，其中LCD的35引腳和36引腳分別連接一個3.3V的高電平和一個低電平，在這兩個引腳中間還連接了一個0.1μF的電容，從而實現液晶屏相關信息的顯示。LCD 模塊接口原理圖如圖4所示。

圖4 LCD 模塊接口原理圖

■2.3 語音播報電路

此電路模塊用于串行數據通訊接口。其中SYN6288中文語音合成芯片是一款能使效果更自然的中高端語音合成型芯片。在語音播報模塊中SYN6288芯片有一組異步串行通訊接口，可以實現數據傳輸。SYN6288是用VDDPP/VSSPP引腳電路進行電源供電，TxD和RxD和GND來實現串口通信。而其他的引腳，如Ready/Busy引腳信號為低電平時說明芯片正在等待接收數據，是可以接到STM32F103ZET6單片機的中斷輸入源上，來去產生一個有下降沿的中斷請求發送數據，來讓STE32F103ZET6單片機發送數據給SYN6288。語音播報電路原理圖如圖5所示。

3 系統軟件設計

主程序的主要功能是將系統函數子程序按照一定的先后順序和邏輯順序進行排列和組合，從而便于函數的調用和取讀。此次設計的系統想要檢測到教室環境的溫濕度和分貝數據去送到STM32F103ZE單片機中，都離不開各個模塊的共同合作，其中各個模塊數據的處理也是離不開STM32F103ZE單片機的處理。從系統的初始化時，其屏幕就開機，系統開始調用萬年歷的模塊，其中的溫濕度傳感器和HH_06.03分貝傳感器受外界教室環境測得數據在調用定時器和串口將數據傳送到STM32F103ZE單片機上處理后，系統在掃描是否有按鍵按下，掃描到在傳送到LCD模塊上顯示，再顯示LED警示燈上，來顯示教室內的環境狀態，最后用語音播報本系統檢測到教室內環境的現狀。主程序流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

4 系統測試

以MCU—STM32F單片機為控制核心、DHT11溫濕度傳感器、主動型HH_06.03分貝傳感器采集的數據，通過TFT液晶顯示屏作為交互設備實時顯示，并拓展了LED警示燈、語音播報等功能，輔助檢測教室環境。從實物圖可以很清晰的看出教室環境的溫濕度以及噪聲濃度分貝值。其中，紅色條形圖上方的數字是利用單片機內部RTC時鐘資源，顯現出的年、月、日、時、分、秒等。紅色條形圖代表噪聲濃度分貝值、藍色代表教室的濕度，綠色代表教室的溫度，可以幫助人們很好的找到教室環境的舒適度，使教室管理更加智能化、規范化和簡潔化。本次設計硬件實物圖如圖7所示。

圖7 硬件實物圖

5 結論

本文是基于單片機STM32F103ZET6設計并完成的環境檢測教室系統，系統以STM32F103ZET6單片機為控制核心，溫濕度傳感器和分貝傳感器為采集電路、TFT液晶屏語音播報為顯示電路、外圍電源、時鐘電路等組成。利用STM32微控制器采集模擬量，相對于傳統的熱電容器的溫度傳感器，可靠性更高，測量精度更準確；此外本系統采用兩種傳感器自身攜帶模數轉化，送至單片機間進行交互處理，靈敏度高、功耗小，應用的前景非常廣闊。