基于STM32單片機的基站機房環境監測系統設計

關鍵詞：基站監測；巴法云；STM32 單片機；溫濕度監測；微信小程序

中圖分類號：TN929.5；TP274+.2；TP308 文獻標識碼：A

0 引言

隨著通信技術的快速發展和5G 基站的快速部署，機房的數量和規模迅速擴大，具有實時性和高可靠性的基站機房環境監測系統對促進移動通信行業的發展具有重要意義。但是，現有的基站機房環境監測系統存在一些不足，如檢測精度低、實時性不高、數據可視化方式單一等[1-2]。為了解決這些問題，本文設計一種監測精度高、實時性高、數據顯示直觀的基站機房環境監測系統，具有重要的應用價值。

1 系統總體設計

本文設計的基站機房環境監測系統主要由STM32 單片機、巴法云和多種傳感器構成。圖1 為基于STM32 單片機的基站機房環境監測系統原理圖。首先，利用DHT-11 溫濕度傳感器采集基站機房的溫濕度；利用MQ-2 煙霧傳感器采集基站機房煙霧濃度；利用YL-83 雨滴傳感器采集基站機房空調漏水等環境數據，并通過有機發光二極管（organiclight-emitting diode，OLED）屏幕將這些數據進行顯示，同時安裝HC-SR501 紅外人體傳感器監測是否有人進出機房。其次，采用STM32F103C8T6 單片機作為主控芯片，對采集的環境數據進行分析處理，當數據超出閾值時控制語音模塊報警。最后，通過ESP-12F Wi-Fi 模塊將數據上傳到巴法云平臺，管理人員可以通過訂閱巴法云微信小程序查看相關數據，并且實現數據備份和數據共享。

2 硬件系統設計

2.1 最小控制系統電路設計

本文采用高性能的STM32F103C8T6 單片機作為主控芯片，溫濕度傳感器連接在主控芯片的PA7引腳，用于監測機房溫濕度；煙霧傳感器連接在主控芯片的PA3 引腳，用于監測機房煙霧濃度；雨滴傳感器連接在主控芯片的PA2 引腳，用于監測空調是否漏水；語音模塊連接在主控芯片的PA8 引腳，用于在傳感器接收的環境參數超出設定閾值時，發出語音警報；紅外人體傳感器連接在主控芯片的PB3 引腳，用于監測是否有人進入機房；顯示屏連接在主控芯片的PB12 引腳，用于顯示機房的各個環境參數。

2.2 溫濕度檢測電路設計

圖2 為基于DHT-11 溫濕度檢測電路。DATA引腳與STM32 單片機的PA7 引腳相連，輸出串行數據[3]，包括溫度和濕度的信息。這些數據以單總線數字信號的形式輸出，同時這些數據是連續的、實時的，可以有效反映環境的溫度和濕度變化情況。

2.3 煙霧濃度檢測電路設計

圖3 為基于MQ-2 煙霧濃度檢測電路。在煙霧傳感器的電路中，VCC 接5 V 電源，GND 接地。AOUT 引腳則連接STM32 單片機的PA3 引腳，輸出模擬電壓信號，該模擬電壓信號與目標氣體的濃度成正比，即氣體濃度越高，AOUT 引腳輸出的電壓值越高。通過讀取傳感器輸出的模擬電壓信號，根據傳感器特性曲線函數將電壓值轉換為煙霧濃度值。

2.4 雨滴檢測電路設計

圖4 為基于YL-83 雨滴檢測電路。YL-83 的AO 引腳連接STM32 單片機的PA2 引腳，其輸出的模擬信號代表滴在傳感器上的水量。當水滴落在傳感器上時，AO 引腳會輸出一個對應的電壓值，這個電壓值的變化可以反映出漏水的程度。通過連接單片機的AD 引腳，將該模擬信號轉換成數字信號，方便進行數據分析和處理[4]。

2.5 Wi-Fi電路設計

圖5 為ESP-12F Wi-Fi 電路。ESP-12F 和STM32 單片機都具有通用異步收發器（universal asynchronousreceiver/transmitter，UART）接口，可選擇將ESP-12F 用作Wi-Fi 模塊，并將其與STM32 單片機的UART 端口相連[5]，從而使STM32 單片機能夠借助ESP-12F 接入網絡。STM32 單片機接收到數據后由Wi-Fi 模塊上傳到巴法云平臺，管理人員可通過訂閱巴法云微信小程序查看數據，實現數據的上報和備份。

3 軟件系統設計

3.1 軟件開發環境及相關技術

本設計利用Keil 5 軟件編寫嵌入式程序，首先，利用Keil 5 中的C 語言編寫溫濕度、煙霧濃度、空調漏水、紅外監測程序代碼，實現與單片機的通信和控制邏輯；其次，使用Keil 5 提供的開發環境配置和初始化STM32 單片機的各種外設；最后，利用Keil 5 調試程序進行測試并且查找問題，以實現系統的各種功能。

3.2 采集端程序設計

圖6展示了采集端主程序的工作流程。首先，對程序端和硬件電路進行初始化，將ESP-12FWi-Fi 模塊設置為STA（無線網絡中的一個終端站點設備）模式，若配置失敗則持續重試配置過程。當配置成功后，主控芯片開始讀取并分析各傳感器采集的數據。其次，通過連接巴法云平臺，將數據發布至巴法云平臺，在微信小程序訂閱巴法云平臺后，將數據渲染到微信小程序，使基站管理人員能夠遠程查看基站機房環境數據。

3.3 服務端軟件設計

巴法云平臺作為一種前沿的物聯網云平臺，具有開源、輕量級、數據標準化等顯著特點，支持多樣化的數據交互方式，能夠靈活適應不同開發者的需求。本系統將采集端采集的機房環境數據上傳到巴法云平臺，在微信小程序中集成數據接收功能，從而獲取基站機房環境數據并且在微信小程序中進行展示。

4 結論

本文利用STM32 單片機、巴法云平臺和多種傳感器設計了一個基站機房環境監測系統，該系統能夠對基站機房的溫濕度、煙霧濃度、漏水情況、是否有人進入等環境數據進行實時采集、顯示、異常警報以及上傳備份，基站管理人員可通過訂閱巴法云微信小程序來查看基站機房的環境數據。本文研究成果對實現基站機房的無人值守具有重要應用價值。