一、前言在当今快速发展的物联网时代，各种基于STM32单片机和智能传感器的环境监测与控制系统得到了广泛应用。无论是在工地、仓库、教室，还是在冷链物流和矿井等特殊环境中，实时数据监测与智能控制系统都在不断提升工作效率和安全性。这些系统通过实时采集环境数据，如温湿度、气体浓度、噪音、光照等关键参数，并利用无线通信技术将数据传输到云平台，实现远程监控与预警功能。同时，结合智能硬件和算法优化，这些系统能够自动调整环境条件或发出报警通知，确保环境稳定和人员安全。例如，针对工地扬尘与噪音监控、粮食仓库环境监测、矿井作业安全等应用，这些系统不仅可以实时检测环境变化，还能够在异常情况发生时，及时响应并进行远程控制。这些基于STM32和物联网技术的设计，涵盖了从简单的传感器数据采集，到复杂的实时控制与远程交互功能，展示了现代物联网系统在各行各业中的强大应用潜力。这些项目还涉及到诸如智能照明、宠物喂食监控、仓库预警等智能家居与自动化管理系统，通过结合无线通信模块如ESP8266、4G模块等，使得传统设备得以“联网”并实现智能化。这些创新设计不仅提升了设备管理的智能化水平，还优化了能源使用，确保环境的可持续性与安全性，符合未来科技发展的趋势。二、文章合集【1】基于STM32设计的工地扬尘与噪音实时监测系统(网页)https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-0276170061577546132-1-1.html此项目设计了一个基于STM32单片机的工地扬尘与噪音实时监测系统。通过传感器实时采集工地的扬尘浓度和噪音水平，并通过无线通信模块将数据传输到云平台进行处理与存储。系统能够实时监控工地环境的变化，确保施工场地符合环保标准，减少对周围居民的影响。该系统还可以设定阈值报警功能，当扬尘或噪音超标时，系统会自动发出警报，并通知相关人员进行处理。该设计主要应用于建筑工地、矿场等需要对环境质量进行实时监控的场所，具有广泛的应用前景。【2】基于STM32设计的粮食仓库(粮仓)环境监测系统https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-0276170062843434133-1-1.html该项目设计了一种基于STM32单片机的粮食仓库环境监测系统，主要用于监测仓库内的温度、湿度、二氧化碳浓度等环境参数，以确保粮食储存环境的稳定和安全。通过搭建无线传感网络，该系统可以实时传输监测数据到云平台，进行集中管理和分析。系统还具备异常数据报警功能，当环境参数超出设定范围时，能够及时向管理人员发送警报，从而采取相应措施，避免粮食储存质量受损。该系统能够有效提高粮食储存管理的智能化水平，降低人为失误风险，确保粮食安全。【3】基于STM32单片机矿井矿工作业安全监测设计https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-02109170480611093129-1-1.html本项目设计了一种基于STM32单片机的矿井矿工作业安全监测系统。该系统主要用于实时监控矿井内的环境参数，包括气体浓度（如一氧化碳、甲烷等）、温度、湿度和有害气体泄漏等。系统能够在检测到异常环境时，自动发出警报并通知矿井作业人员采取紧急避险措施。通过无线传感网络，将各个监测点的数据汇总至中央监控系统，实现集中化管理与监控。该系统有效提高了矿工的作业安全性，减少了矿井事故的发生，特别适用于矿井、地下隧道等危险环境的监测与安全管理。【4】基于STM32设计的工地环境实时监测与控制系统https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-02109170488898007130-1-1.html 该项目设计了一个基于STM32单片机的工地环境实时监测与控制系统，主要用于监测工地的环境参数，包括扬尘、噪音、温湿度、气体浓度等。通过集成传感器和无线通信模块，系统能够将数据实时传输到云平台，进行数据分析和远程控制。当环境数据超出设定阈值时，系统会自动启动相应的控制措施，如启用喷雾装置降低扬尘，或开启噪音降噪设备。该系统不仅能够实时监测工地环境，还能够通过控制设备实现智能化管理，提升工地的环保水平，减少环境污染对周围居民的影响。【5】基于单片机中药存放环境监测系统的实现https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-02112170489135926124-1-1.html该项目基于单片机设计了中药存放环境监测系统，主要用于监测中药存储环境中的温度、湿度以及空气质量等参数。由于中药材对环境有严格的要求，系统能够实时监测并记录环境数据，以确保中药材的质量不受外部环境影响。当监测到环境数据超出安全范围时，系统会自动发送报警通知，以便工作人员及时采取措施。该系统能够帮助中药材存储管理人员提高存储条件的稳定性和安全性，减少中药材因环境问题导致的质量损失。【6】基于物联网的冻保鲜运输智能控制系统https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-0263170489639408137-1-1.html本项目设计了一种基于物联网技术的冻保鲜运输智能控制系统，主要用于监控冷链物流中的温度、湿度和运输车辆状态。通过在运输车辆上安装传感器，系统能够实时采集运输过程中的环境数据，并将数据通过无线网络传输至云平台进行处理和监控。通过远程控制功能，管理人员可以实时调整冷链运输的环境参数，确保货物在运输过程中的质量得到有效保障。该系统广泛应用于食品、药品等需要冷链运输的行业，为提高物流管理的智能化水平提供了可靠的技术支持。【7】基于物联网疫苗冷链物流监测系统设计https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-0263170490477855138-1-1.html该项目设计了一个基于物联网的疫苗冷链物流监测系统，主要用于实时监控疫苗在运输过程中是否保持在合适的温度范围内。通过安装温湿度传感器和GPS定位模块，系统能够监控运输车辆的温湿度状况和位置，并将数据实时上传至云平台进行集中管理。当温度或湿度超出预设范围时，系统会发出警报，提示管理人员采取补救措施。这一系统对保障疫苗运输质量、提高冷链物流管理的智能化和精准度具有重要意义，特别是在保障疫苗安全运输方面有着极其重要的应用价值。【8】基于STM32设计的仓库环境监测与预警系统设计文档https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-02119170491208212111-1-1.html本项目基于STM32单片机设计了一个仓库环境监测与预警系统，旨在通过实时监测仓库中的温度、湿度、气体浓度等环境因素，保障仓储物品的安全与质量。系统采用无线传感器网络，将数据传输到云平台进行集中监控和数据分析。通过设置阈值预警功能，系统能够在监测到异常环境时，立即发出报警信号，并通知相关人员采取应急处理措施。该系统广泛应用于各种仓库管理，尤其适用于易腐易变质物品的仓储管理，提升了仓库管理的智能化和自动化水平。【9】物联网模块：ESP8266-WIFI调试过程讲解https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-0296170491725610135-1-1.html此文章详细介绍了ESP8266模块的调试过程及其在物联网项目中的应用。ESP8266是一款高性能、低功耗的WiFi模块，广泛应用于各种物联网系统中。文章通过详细的调试步骤讲解了如何将ESP8266模块与STM32单片机连接，进行WiFi通信，并成功实现数据的上传和下载。对于开发者来说，掌握ESP8266的调试技巧和使用方法非常重要，能够帮助他们快速构建联网设备，为物联网应用提供更加稳定和高效的无线通信方案。【10】基于STM32单片机的安检场所智能人流量统计系统设计https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-0263170492129102140-1-1.html该项目设计了一种基于STM32单片机的安检场所智能人流量统计系统，主要用于监控安检区域的人流量，并进行智能统计和分析。通过安装红外传感器、摄像头等设备，系统能够实时统计进出人员数量，并对异常情况进行报警。该系统能够帮助安检部门实现人流量的智能监控，提高安检效率和安全性。通过数据分析，系统还能够提供有关安检场所使用情况的详细报告，辅助管理人员制定合理的安检策略和资源配置。【11】基于STM32单片机设计的教室节能照明系统https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-02109170492650788135-1-1.html本项目设计了一款基于STM32单片机的教室节能照明系统，主要通过智能传感器监测教室内的光照强度和人员活动情况，自动调节教室的照明亮度。在有足够自然光照的情况下，系统会自动降低人工照明亮度，以节省能源。当教室内无人时，系统会自动关闭灯光，进一步提高能源使用效率。该系统不仅可以节省电力开支，还能延长灯具的使用寿命，同时实现绿色环保的目标，适用于学校、办公室等场所。【12】基于STM32单片机设计的宠物喂食监控系统设计https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-02112169215501801074-1-1.html此项目设计了一个基于STM32单片机的宠物喂食监控系统。系统通过安装在宠物喂食区域的传感器和摄像头，实时监测宠物的进食情况，并将数据上传至云平台进行处理。用户可以通过手机APP查看宠物的喂食记录，远程控制喂食设备，并及时接收到宠物的健康状况反馈。该系统不仅方便了宠物主人进行远程管理，还提高了宠物的喂养科学性和规律性，特别适用于忙碌的家庭或长期外出的人群。【13】基于STM32单片机智能坐垫座椅设计https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-0241170493985952130-1-1.html该项目设计了一款基于STM32单片机的智能坐垫座椅，具有智能提醒功能。通过内置传感器监测坐垫的压力分布、座椅使用时间等数据，当用户久坐不动时，系统会发出振动或语音提醒，提醒用户适时调整坐姿或进行休息。此设计特别适用于长时间坐着的工作场所，如办公室、会议室等，能够帮助改善坐姿、预防健康问题。智能坐垫还能根据使用者的体型和坐姿自动调节座椅的舒适度，提升用户的坐姿体验。【14】基于STM32单片机设计的智能空气加湿器https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-02112170494746723128-1-1.html本项目设计了一款基于STM32单片机的智能空气加湿器，能够根据环境湿度自动调节加湿器的工作状态。当环境湿度低于设定阈值时，系统自动开启加湿器以增加空气湿度；当湿度达到预设值时，系统会自动停止加湿。该设计能够有效改善室内干燥环境，提升空气质量，尤其适用于空调房、冬季取暖期间等空气干燥的场所。系统还配备了液晶显示屏，用户可以实时查看环境湿度，并根据需求手动调整设置，提供了更智能化的空气加湿体验。

目录1. 项目开发背景2. 设计实现的功能3. 项目硬件模块组成4. 设计思路5. 系统功能总结6. 使用的模块的技术详情介绍7. 系统工作原理与流程图8. 系统软件设计9. 测试与调试10. 总结与展望1. 项目开发背景随着现代科技的迅速发展，智能家居逐渐进入人们的生活。在智能家居中，空气质量调节设备尤为重要，尤其是在气候干燥的季节，空气加湿器的需求显得尤为突出。传统的空气加湿器虽然能有效提高空气湿度，但通常依赖用户手动调节，并且缺乏智能化控制，容易造成水位过低或过高、湿度不均等问题。因此，设计一个具有智能控制功能的空气加湿器显得尤为重要。本项目基于STM32单片机，设计了一款智能空气加湿器。通过集成温湿度传感器、水位传感器、继电器控制、蜂鸣器警报、按键控制等硬件模块，实现空气加湿器的自动调节和手动控制功能。此外，系统支持通过MQTT协议将数据上传到华为云物联网平台，以便进行数据存储和历史数据分析，方便用户进行远程监控和控制。2. 设计实现的功能本智能空气加湿器系统主要实现以下功能：1. 继电器控制：通过继电器控制加湿器的启停。2. 手动控制：用户通过按键手动控制加湿器的开启和停止。3. 智能加湿：系统根据环境湿度自动调节加湿器的工作状态，当湿度低于设定阈值时加湿器自动加湿，当湿度超过阈值时自动停止加湿。4. 水位监测：使用水位传感器实时监测加湿器的水量，确保水位充足时加湿器才能正常工作，避免干烧。5. 蜂鸣器警报：当检测到水位过低时，系统启动蜂鸣器报警，提醒用户加水。6. 按键控制：用户可以通过三个按键进行智能模式与手动模式的切换、湿度阈值的设定及调节。7. OLED显示屏：实时显示环境湿度、温度、加湿器状态、水位、湿度阈值等信息。8. 数据上传：通过WiFi和MQTT协议将设备数据上传到华为云物联网平台，支持远程数据查看和分析。9. 云端服务：后端服务器使用Python开发，接收并处理来自华为云物联网平台的数据，提供前端可视化页面，实现对加湿器的远程控制。3. 项目硬件模块组成本智能空气加湿器系统包含以下主要硬件模块：1. STM32单片机：主控芯片，负责系统的控制逻辑和数据处理。2. DHT11温湿度传感器：用于实时采集环境温度和湿度数据。3. 水位传感器：实时监测加湿器内的水位，防止水位过低或过高。4. 继电器模块：控制加湿器电源的开关。5. 蜂鸣器模块：当检测到水位过低时，启动蜂鸣器报警。6. 按键模块：用于模式切换、湿度阈值设置等控制功能。7. OLED显示屏：显示当前的环境数据和加湿器状态。8. WiFi模块（ESP8266）：实现WiFi连接，支持MQTT协议与华为云物联网平台进行数据通信。9. 华为云物联网平台：用于存储和管理设备上传的数据，并提供远程控制接口。4. 设计思路本项目的设计思路基于STM32单片机为核心，通过外围传感器、继电器、WiFi模块等硬件的配合实现智能控制。整体设计分为硬件部分和软件部分，硬件部分负责感知环境和控制加湿器，软件部分负责数据处理、状态控制和数据上传。1. 环境数据采集：通过DHT11温湿度传感器定期采集环境湿度和温度，并根据用户设定的湿度阈值决定加湿器的启停。2. 水位监控：水位传感器负责实时监控加湿器的水量，若水位过低，停止加湿器并启动蜂鸣器警报。3. 用户控制：用户可以通过按键进行手动控制，选择智能模式或手动模式，并设置湿度阈值。4. 数据上传与远程控制：系统将采集到的环境数据通过WiFi上传至华为云物联网平台，用户可以通过PC或手机浏览器访问网页，实现远程监控和控制。5. 系统功能总结功能模块说明继电器控制通过继电器控制加湿器的启停。手动控制通过按键控制加湿器的加湿或停止加湿。智能加湿根据环境湿度自动调节加湿器的工作状态。水位监测实时监测水位，避免水位过低时加湿器干烧。蜂鸣器警报当水位过低时，蜂鸣器发出警报提示用户加水。按键控制通过按键切换智能模式和手动模式，设置湿度阈值。OLED显示显示环境温湿度、加湿器状态、水位等信息。数据上传通过WiFi和MQTT协议将数据上传至华为云物联网平台。云端服务提供后端服务器和前端网页进行远程控制和数据可视化。6. 使用的模块的技术详情介绍STM32单片机STM32F103系列单片机是基于ARM Cortex-M3核心的高性能32位微控制器，适合用于嵌入式系统开发。其丰富的外设接口和高效的处理能力使得本项目得以高效地控制各个硬件模块。DHT11温湿度传感器DHT11是一款常用的数字温湿度传感器，具有低功耗、简单的单总线接口等特点。它可以通过单片机的GPIO端口与STM32进行通信，输出温度和湿度的数字信号。水位传感器水位传感器采用电容式或电阻式感应原理，通过检测水的电导率或电容值变化，实时监测加湿器水位。该模块可通过模拟量或数字量接口与STM32连接。继电器模块继电器模块用于控制加湿器的电源开关。STM32通过控制继电器的开关状态，进而控制加湿器的工作状态。OLED显示屏OLED显示屏用于实时显示环境数据和加湿器状态。由于其高对比度、低功耗的特点，适用于本项目中作为实时数据显示模块。蜂鸣器模块蜂鸣器用于发出声音警报，提醒用户加水。当水位传感器检测到水位过低时，STM32会驱动蜂鸣器发出警报声音。WiFi模块（ESP8266）ESP8266是一款低功耗WiFi模块，能够实现WiFi连接和MQTT通信。它将STM32采集到的环境数据上传至华为云物联网平台，同时接收云平台的控制指令，完成远程控制功能。华为云物联网平台华为云物联网平台提供设备管理、数据存储、数据分析、远程控制等功能。设备通过MQTT协议将数据上传至平台，平台提供API接口以便与本地服务器进行数据交互。7. 系统工作原理工作原理：1. 系统开机后，STM32开始采集DHT11传感器的温湿度数据。2. 当湿度低于预设阈值时，继电器控制加湿器启动，开始加湿。3. 水位传感器监测水量，当水位低于安全阈值时，蜂鸣器报警，并停止加湿器工作。4. 用户可以通过按键手动控制加湿器的开关，或者切换至智能模式。5. 所有数据通过WiFi模块上传至华为云物联网平台，用户可以通过PC或手机浏览器查看实时数据和历史记录，远程控制加湿器。8. 系统软件设计主控程序设计使用STM32的HAL库进行开发，程序的主要流程如下：1. 初始化硬件：初始化DHT11传感器、继电器、水位传感器、OLED显示屏、蜂鸣器和WiFi模块。2. 读取传感器数据：定期读取温湿度数据，并实时监控水位。3. 控制加湿器：根据湿度值和水位，控制加湿器的启停。4. 上传数据：通过WiFi模块将数据上传到华为云物联网平台。按键控制与显示通过按键实现用户交互，按键的响应与OLED显示屏结合，允许用户进行湿度值设置和模式切换。9. 测试与调试在开发过程中，系统通过模拟各种环境条件进行调试，包括湿度、温度、水位变化等。测试时重点验证：1. 湿度传感器的准确性与响应速度。2. 水位传感器的稳定性。3. 加湿器控制逻辑是否准确。4. 数据上传至华为云物联网平台的稳定性。10. 总结本项目成功设计并实现了一个基于STM32的智能空气加湿器系统，具备智能加湿、手动控制、水位监测、远程数据管理等功能。未来可以通过进一步优化算法和硬件，提升系统的稳定性和智能化水平。例如，加入自动调节湿度阈值功能、扩展更多远程控制接口等。11. STM32代码设计以下是基于STM32单片机设计的智能空气加湿器的main.c代码示例。包括DHT11传感器、继电器、水位传感器、蜂鸣器、OLED显示屏、WiFi模块等。此代码主要集中在系统初始化、传感器数据读取、加湿器控制逻辑、按键控制、数据上传及OLED显示等核心功能。#include "stm32f1xx_hal.h" #include "dht11.h" // DHT11温湿度传感器头文件 #include "oled.h" // OLED显示头文件 #include "relay.h" // 继电器控制头文件 #include "water_level.h" // 水位传感器头文件 #include "buzzer.h" // 蜂鸣器头文件 #include "wifi.h" // WiFi模块头文件 #include "mqtt.h" // MQTT通信头文件 // 系统定时器，用于定期任务 #define SYSTEM_TICK_PERIOD 1000 // 1秒更新一次 // 湿度阈值（可以根据需要设定默认值） uint8_t humidity_threshold = 50; // 默认湿度阈值为50% uint8_t current_humidity = 0; // 当前湿度 uint8_t current_temperature = 0; // 当前温度 // 水位标志 uint8_t water_level_ok = 1; // 0：水位低，1：水位正常 // 当前模式 typedef enum { MODE_AUTO = 0, // 自动模式 MODE_MANUAL // 手动模式 } SystemMode; SystemMode current_mode = MODE_AUTO; // 控制加湿器状态 typedef enum { HUMIDIFIER_OFF = 0, HUMIDIFIER_ON } HumidifierStatus; HumidifierStatus humidifier_status = HUMIDIFIER_OFF; // 函数声明 void SystemClock_Config(void); void GPIO_Init(void); void Timer_Init(void); void Read_Sensors(void); void Control_Humidifier(void); void Display_Data(void); void Button_Handler(void); void Upload_Data(void); int main(void) { // HAL库初始化 HAL_Init(); // 配置系统时钟 SystemClock_Config(); // 初始化GPIO（继电器控制、按键输入等） GPIO_Init(); // 初始化OLED显示 OLED_Init(); // 初始化WiFi模块 WiFi_Init(); // 初始化MQTT通信 MQTT_Init(); // 初始化水位传感器、蜂鸣器等外设 WaterLevel_Init(); Buzzer_Init(); // 启动定时器（定时更新环境数据和控制逻辑） Timer_Init(); while (1) { // 定时读取传感器数据 if (HAL_GetTick() % SYSTEM_TICK_PERIOD == 0) { // 读取传感器数据 Read_Sensors(); // 根据模式控制加湿器 Control_Humidifier(); // 显示当前状态 Display_Data(); // 上传数据至云平台 Upload_Data(); } // 按键操作处理 Button_Handler(); } } // 初始化系统时钟 void SystemClock_Config(void) { // 使用默认的系统时钟配置 // STM32F1系列芯片通常使用HSE（外部晶振）作为时钟源 // 可以根据实际硬件配置进行修改 } // 初始化GPIO void GPIO_Init(void) { // 初始化继电器控制引脚、按键输入引脚等 // 这里以假设继电器控制引脚为GPIO_PIN_0，按键为GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_2等为例 __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; // 继电器控制引脚配置为输出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); // 按键输入引脚配置 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); } // 读取传感器数据（温湿度和水位） void Read_Sensors(void) { // 读取DHT11温湿度传感器 current_humidity = DHT11_Read_Humidity(); current_temperature = DHT11_Read_Temperature(); // 读取水位传感器 water_level_ok = WaterLevel_Check(); // 返回1表示水位正常，0表示水位低 } // 控制加湿器 void Control_Humidifier(void) { if (water_level_ok == 0) { // 水位过低，停止加湿器并启动蜂鸣器警报 humidifier_status = HUMIDIFIER_OFF; Relay_Control(HUMIDIFIER_OFF); // 控制继电器关闭加湿器 Buzzer_Alert(); // 水位低时蜂鸣器响 } else { // 根据模式控制加湿器 if (current_mode == MODE_AUTO) { // 自动模式，根据湿度阈值控制 if (current_humidity < humidity_threshold) { humidifier_status = HUMIDIFIER_ON; Relay_Control(HUMIDIFIER_ON); // 开启加湿器 } else { humidifier_status = HUMIDIFIER_OFF; Relay_Control(HUMIDIFIER_OFF); // 关闭加湿器 } } else if (current_mode == MODE_MANUAL) { // 手动模式，根据按键控制 // 这里假设按键1为开启，按键2为关闭 if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET) { humidifier_status = HUMIDIFIER_ON; Relay_Control(HUMIDIFIER_ON); // 开启加湿器 } else if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_2) == GPIO_PIN_SET) { humidifier_status = HUMIDIFIER_OFF; Relay_Control(HUMIDIFIER_OFF); // 关闭加湿器 } } } } // 显示数据到OLED屏 void Display_Data(void) { OLED_Clear(); OLED_Printf("Temp: %d C", current_temperature); OLED_Printf("Humidity: %d%%", current_humidity); OLED_Printf("Mode: %s", (current_mode == MODE_AUTO) ? "Auto" : "Manual"); OLED_Printf("Water: %s", (water_level_ok) ? "OK" : "Low"); OLED_Printf("Humidifier: %s", (humidifier_status == HUMIDIFIER_ON) ? "ON" : "OFF"); } // 按键控制 void Button_Handler(void) { // 假设按键1为切换模式，按键2为湿度+，按键3为湿度- if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET) { // 切换模式 current_mode = (current_mode == MODE_AUTO) ? MODE_MANUAL : MODE_AUTO; HAL_Delay(200); // 防止按键抖动 } if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_2) == GPIO_PIN_SET) { // 增加湿度阈值 humidity_threshold += 5; if (humidity_threshold > 100) { humidity_threshold = 100; // 最大阈值100% } HAL_Delay(200); } if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_3) == GPIO_PIN_SET) { // 减少湿度阈值 humidity_threshold -= 5; if (humidity_threshold < 0) { humidity_threshold = 0; // 最小阈值0% } HAL_Delay(200); } } // 数据上传到云平台 void Upload_Data(void) { // 将温湿度和加湿器状态上传到华为云物联网平台 MQTT_Publish("humidity_data", current_humidity); MQTT_Publish("temperature_data", current_temperature); MQTT_Publish("humidifier_status", humidifier_status); MQTT_Publish("water_level", water_level_ok); }代码说明：1. 系统初始化：包括STM32硬件初始化，GPIO初始化（继电器控制、按键输入等），WiFi模块和MQTT通信初始化等。2. 传感器数据读取：定期从DHT11温湿度传感器和水位传感器读取数据。3. 加湿器控制：在自动模式下，湿度值低于阈值时启动加湿器，湿度值超过阈值时停止加湿器。在手动模式下，通过按键控制加湿器的开关。4. OLED显示：实时显示环境温湿度、加湿器状态、水位、操作模式等信息。5. 按键控制：通过三个按键控制模式切换、湿度阈值增减。6. 数据上传：将温湿度和加湿器状态等信息通过MQTT协议上传至华为云物联网平台。

1. 项目开发背景随着宠物数量的增加，尤其是人们对宠物的养护需求日益增多，传统的人工喂养和管理方式难以满足现代养宠生活的需求。人们越来越希望通过智能化手段提高宠物养护的质量和效率，特别是对于宠物喂食、饮水、温湿度控制等方面的智能化管理。基于这一需求，设计并实现了一种基于STM32单片机的宠物喂食监控系统。该系统通过集成多种传感器，结合蓝牙无线通信和云物联网技术，实现了对宠物环境、饮水、喂食等多项功能的智能监控和管理。这不仅能提高宠物生活质量，还能为主人提供更便捷的管理方式。2. 设计实现的功能本项目的目标是设计一款智能宠物喂食监控系统，具体功能包括：1. 温湿度环境监控 采用温湿度传感器，实时采集当前环境的温湿度数据。当温度超过设定阈值时，自动开启风扇进行散热；当湿度超过设定阈值时，自动开启风扇进行空气除湿。2. 水位检测与自动加水 采用水位传感器，检测宠物水盆的水位情况。当水位低于设定阈值时，自动开启水泵进行加水，保障宠物水量充足。3. 食物检测与自动投喂 采用红外传感器，实时检测宠物食物盆中的食物量。当食物不足时，自动开启继电器控制投喂装置进行喂食。4. 手动模式与智能模式切换 提供7个按键进行手动模式与智能模式的切换，允许用户手动控制喂食、喂水、散热、除湿等功能，同时可以设置温湿度阈值。5. OLED液晶显示 系统通过OLED显示屏实时显示采集到的环境数据，包括当前的温湿度、设定的温湿度阈值、水位、食物量、控制模式等信息。6. 蓝牙无线控制 采用HC-05蓝牙模块实现与手机APP的无线通信，通过手机APP显示当前环境状态并支持远程控制，如模式切换、温湿度阈值设置、喂食、喂水、散热、除湿等操作。7. 数据上云与可视化管理 系统支持将数据通过WIFI模块上传至华为云物联网平台，采用MQTT协议进行数据传输。用户可以通过可视化网页查看历史数据、实时监控宠物的状态，并远程控制系统。8. 服务器与前端展示 采用Python作为后端服务器，接收华为云物联网平台的数据，并通过HTML前端页面展示。支持局域网或公网访问，用户可以在任何地方查看宠物状态并进行操作。3. 项目硬件模块组成本系统的硬件部分基于STM32单片机进行设计，主要包含以下模块：3.1. 核心控制单元：STM32单片机• 型号：STM32F103RCT6• 功能：作为整个系统的核心控制单元，负责接收传感器数据、控制设备、进行数据传输与无线通信。3.2. 温湿度传感器（SHT30）• 功能：用于实时监测环境的温度和湿度，当温湿度超过设定阈值时，控制风扇启停以调整环境。3.3. 水位传感器• 功能：检测宠物水盆中的水位情况，当水位低于设定阈值时，自动开启水泵进行加水。3.4. 红外传感器• 功能：用于检测宠物食物盆中的食物量，当食物不足时，自动启动继电器进行食物投喂。3.5. 风扇与水泵控制模块• 功能：风扇和水泵的控制电路，通过继电器控制风扇、泵和喂食装置的启停。3.6. 蓝牙模块（HC-05）• 功能：实现与手机APP的无线通信，允许用户通过蓝牙进行远程控制和数据查看。3.7. OLED显示模块• 功能：用于实时显示环境数据，包括温湿度、设定阈值、水位、食物量等信息。3.8. 继电器模块• 功能：控制喂食装置、电动水泵和风扇的启停。3.9. 无线网络模块（ESP8266）• 功能：用于将数据上传至华为云物联网平台，实现数据存储和历史数据分析。3.10. 电源模块• 功能：为系统提供稳定的电源供应，保证各模块正常运行。4. 设计思路本项目的设计思路可以概括为以下几个步骤：1. 传感器数据采集 使用温湿度传感器、红外传感器和水位传感器采集环境数据、食物量和水量。2. 数据处理与控制决策 STM32单片机根据采集到的实时数据，进行处理和判断，是否满足自动控制的条件（如温湿度过高、水位不足、食物不足等），然后通过继电器控制设备的启停。3. 用户交互与模式切换 通过按键电路提供用户手动模式的操作，允许用户设置阈值和直接控制设备。用户也可以通过手机APP与系统进行无线通信，控制和查看宠物状态。4. 显示与反馈 使用OLED显示模块实时反馈当前环境的温湿度、水位、食物量等信息，让用户能够直观地了解宠物的状态。5. 数据上云与远程监控 系统通过ESP8266模块连接WIFI，并将数据上传至华为云物联网平台。用户可以通过PC端或手机端的网页实时查看宠物的状态、历史数据，并进行远程控制。6. 网页展示与控制 后端Python服务器通过API接口拉取华为云物联网平台的数据，将其展示在前端网页上，支持用户通过网页进行远程监控与控制。5. 系统功能总结功能模块功能描述实现方式温湿度环境监控实时采集环境温湿度，当温湿度超过阈值时自动启动风扇和除湿SHT30传感器、继电器模块控制风扇水位检测与自动加水检测水盆水位，低于设定值时自动启动水泵加水水位传感器、继电器模块控制水泵食物检测与自动投喂检测食物盆中食物量，低于设定值时自动投喂食物红外传感器、继电器模块控制投喂装置手动模式与智能模式切换用户可手动设置阈值或切换模式，系统根据数据自动控制设备7个按键电路、STM32控制逻辑OLED显示功能显示环境数据、设备状态、控制模式等信息OLED显示模块蓝牙无线控制通过手机APP无线控制温湿度阈值、喂食、喂水等操作HC-05蓝牙模块、手机APP数据上云与可视化管理将实时数据上传至华为云，支持历史数据查看和远程控制ESP8266、华为云物联网平台、MQTT协议前端网页展示与控制通过网页展示宠物状态，并允许用户远程控制Python后端、HTML前端、API接口6. 使用的模块技术详情介绍6.1. STM32F103RCT6STM32F103RCT6是STM32系列中一款基于ARM Cortex-M3核心的32位单片机，具有较强的处理能力和丰富的外设接口，适合嵌入式应用。该单片机具有高达72MHz的主频，支持多种通信接口（如USART、SPI、I2C等），广泛应用于物联网、自动化控制等领域。6.2 SHT30温湿度传感器SHT30是一款高精度的温湿度传感器，具有较高的测量精度和稳定性，适用于对温湿度要求较高的应用场景。通过I2C接口与STM32单片机进行通信，能够实时获取环境温湿度数据。6.3. HC-05蓝牙模块HC-05是一款常用的蓝牙串口模块，通过串口通信与STM32单片机连接，提供无线通信能力。用户通过手机APP与系统进行蓝牙连接，能够实现远程控制和数据查看。6.4. ESP8266 WiFi模块ESP8266是一款低成本、低功耗的WiFi模块，支持与STM32单片机进行串口通信，能够将采集到的数据通过WIFI上传至云端。该模块支持MQTT协议，用于物联网设备之间的数据传输。6.5. OLED显示屏OLED显示屏是一种广泛应用的显示模块，具有高对比度、广视角和低功耗的特点。在本系统中，OLED显示屏用于实时显示温湿度、水位、食物量等信息。7. 总结基于STM32单片机设计的宠物喂食监控系统通过集成多种传感器、无线通信技术和云物联网平台，实现了对宠物生活环境的全面监控和管理。系统具有智能自动模式和手动模式两种操作方式，用户通过手机APP可以随时远程控制系统，并且能够实时查看宠物状态。通过将数据上传至华为云物联网平台，本系统还支持历史数据的查看和分析，进一步提升了宠物管理的智能化程度。在今后的工作中，系统可以进一步优化传感器的精度和控制策略，增加更多的智能功能，如智能预警、自动喂食计划等，进一步提高系统的智能化水平和实用性。8. STM32代码设计以下是一个基本的 main.c 文件。此文件包括了系统初始化、各个模块的调用，以及手动模式和智能模式的切换。代码中已经使用了 STM32 HAL 库。main.c 完整代码#include "main.h" #include "stm32f1xx_hal.h" #include "sht30.h" // 温湿度传感器库 #include "oled.h" // OLED显示库 #include "water_level.h" // 水位传感器库 #include "food_level.h" // 食物红外传感器库 #include "relay_control.h"// 继电器控制库 #include "bluetooth.h" // 蓝牙控制库 #include "wifi.h" // WiFi上传库 // 定义阈值 #define TEMP_THRESHOLD_HIGH 30 // 温度上限 (30°C) #define TEMP_THRESHOLD_LOW 20 // 温度下限 (20°C) #define HUM_THRESHOLD_HIGH 70 // 湿度上限 (70%) #define HUM_THRESHOLD_LOW 40 // 湿度下限 (40%) #define WATER_LEVEL_THRESHOLD 30 // 水位下限（单位：%） #define FOOD_LEVEL_THRESHOLD 10 // 食物下限（单位：%） // 定义系统模式 #define MODE_MANUAL 0 #define MODE_AUTO 1 // 全局变量 uint8_t system_mode = MODE_AUTO; // 初始为自动模式 float current_temp, current_hum; // 当前温湿度 int water_level, food_level; // 当前水位和食物量 uint8_t temp_threshold_high = TEMP_THRESHOLD_HIGH; uint8_t temp_threshold_low = TEMP_THRESHOLD_LOW; uint8_t hum_threshold_high = HUM_THRESHOLD_HIGH; uint8_t hum_threshold_low = HUM_THRESHOLD_LOW; // 函数声明 void System_Init(void); void Read_Sensors(void); void Handle_Auto_Mode(void); void Handle_Manual_Mode(void); void Update_Display(void); void Control_Fans(void); void Control_Water_Pump(void); void Control_Food_Dispenser(void); int main(void) { // 系统初始化 HAL_Init(); System_Init(); // 主循环 while (1) { // 读取传感器数据 Read_Sensors(); // 根据当前模式执行相应的操作 if (system_mode == MODE_AUTO) { Handle_Auto_Mode(); } else if (system_mode == MODE_MANUAL) { Handle_Manual_Mode(); } // 更新OLED显示 Update_Display(); } } void System_Init(void) { // 初始化硬件外设 HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); // 初始化GPIO OLED_Init(); // 初始化OLED显示 SHT30_Init(); // 初始化温湿度传感器 Water_Level_Init(); // 初始化水位传感器 Food_Level_Init(); // 初始化食物传感器 Relay_Init(); // 初始化继电器控制 Bluetooth_Init(); // 初始化蓝牙模块 Wifi_Init(); // 初始化WiFi模块 } void Read_Sensors(void) { // 读取温湿度传感器 SHT30_Read_Temperature_Humidity(&current_temp, &current_hum); // 读取水位传感器 water_level = Water_Level_Read(); // 读取食物量传感器 food_level = Food_Level_Read(); } void Handle_Auto_Mode(void) { // 根据温湿度自动控制风扇和除湿 Control_Fans(); // 根据水位自动控制加水 if (water_level < WATER_LEVEL_THRESHOLD) { Control_Water_Pump(); } // 根据食物量自动控制投喂 if (food_level < FOOD_LEVEL_THRESHOLD) { Control_Food_Dispenser(); } } void Handle_Manual_Mode(void) { // 手动控制模式下，蓝牙控制命令判断 Bluetooth_Control(); // 用户通过按键手动调整温湿度阈值 if (Button_Pressed(UP_TEMP_BTN)) { temp_threshold_high += 1; // 增加温度阈值 } if (Button_Pressed(DOWN_TEMP_BTN)) { temp_threshold_high -= 1; // 减少温度阈值 } if (Button_Pressed(UP_HUM_BTN)) { hum_threshold_high += 5; // 增加湿度阈值 } if (Button_Pressed(DOWN_HUM_BTN)) { hum_threshold_high -= 5; // 减少湿度阈值 } // 手动控制加水和喂食 if (Button_Pressed(WATER_BTN)) { Control_Water_Pump(); } if (Button_Pressed(FEED_BTN)) { Control_Food_Dispenser(); } } void Control_Fans(void) { // 控制温湿度风扇 if (current_temp > temp_threshold_high || current_hum > hum_threshold_high) { Relay_On(FAN_RELAY); } else if (current_temp < temp_threshold_low && current_hum < hum_threshold_low) { Relay_Off(FAN_RELAY); } } void Control_Water_Pump(void) { // 控制水泵 Relay_On(WATER_PUMP_RELAY); HAL_Delay(3000); // 延时3秒钟加水 Relay_Off(WATER_PUMP_RELAY); } void Control_Food_Dispenser(void) { // 控制食物投喂 Relay_On(FEED_RELAY); HAL_Delay(2000); // 延时2秒钟投喂 Relay_Off(FEED_RELAY); } void Update_Display(void) { // 更新OLED显示屏，显示传感器数据和系统状态 OLED_Clear(); OLED_Display_String(0, 0, "Temp: %.1f C", current_temp); OLED_Display_String(0, 1, "Humidity: %.1f %%", current_hum); OLED_Display_String(0, 2, "Water: %d %%", water_level); OLED_Display_String(0, 3, "Food: %d %%", food_level); if (system_mode == MODE_AUTO) { OLED_Display_String(0, 4, "Mode: Auto"); } else { OLED_Display_String(0, 4, "Mode: Manual"); } } void Bluetooth_Control(void) { // 读取蓝牙指令并处理 uint8_t command = Bluetooth_Read_Command(); if (command == 'M') { system_mode = MODE_MANUAL; // 切换到手动模式 } else if (command == 'A') { system_mode = MODE_AUTO; // 切换到自动模式 } else if (command == 'W') { Control_Water_Pump(); // 手动加水 } else if (command == 'F') { Control_Food_Dispenser(); // 手动投喂 } }代码解释1. 初始化函数（System_Init） 初始化所有硬件模块，包括OLED显示、温湿度传感器、水位传感器、食物传感器、继电器模块、蓝牙和WiFi模块。2. 传感器数据读取（Read_Sensors） 通过调用各自的函数获取传感器数据。温湿度数据通过 SHT30_Read_Temperature_Humidity 获取，水位和食物数据分别通过 Water_Level_Read 和 Food_Level_Read 获取。3. 自动模式处理（Handle_Auto_Mode） 根据当前的传感器数据，自动判断是否需要开启风扇（散热或去湿），是否需要加水和投食。4. 手动模式处理（Handle_Manual_Mode） 在手动模式下，允许用户通过按键设置温湿度阈值，并通过蓝牙控制手动加水、喂食等操作。5. 风扇控制（Control_Fans） 如果温度超过设定阈值或湿度超过阈值，开启风扇；否则，关闭风扇。6. 水泵控制（Control_Water_Pump） 如果水位低于设定阈值，开启水泵加水。7. 食物投喂控制（Control_Food_Dispenser） 如果食物量不足，启动继电器进行食物投喂。8. OLED显示更新（Update_Display） 将温湿度、水位、食物量和当前模式等信息显示在OLED屏上。9. 蓝牙控制（Bluetooth_Control） 从蓝牙接收控制命令，切换模式或执行操作（如加水、投喂）。

1. 项目开发背景随着全球对疫苗运输要求的提高，特别是针对温度敏感型药品（如疫苗）的冷链管理，如何保证疫苗在运输过程中的温度、湿度、震动等环境因素的稳定性已成为亟需解决的问题。疫苗运输过程中，任何温度或湿度的异常波动，都可能导致疫苗的效力下降，甚至失效，严重影响公共健康和医疗服务。目前，疫苗运输多依赖传统的人工监控和定期检查，难以实时获取温湿度等数据的变化。随着物联网（IoT）技术的发展，借助智能传感器和远程数据监控系统，可以实时监测疫苗运输过程中的各种环境参数，确保疫苗处于适宜的环境中，提高冷链管理的自动化和智能化水平，减少人为因素对运输质量的影响。本项目旨在设计一个基于物联网的疫苗冷链物流监测系统，运用现代传感器技术、无线数据传输、云平台分析等手段，实现对运输过程中环境状态的实时监控，保证疫苗冷链运输的质量与安全。2. 设计实现的功能本系统设计的主要功能包括温湿度监测、震动监测、环境调节、实时报警、数据传输与存储、定位跟踪及无线控制等。具体功能如下：环境监测：温度监测：实时采集运输环境的温度数据，确保其处于设定的安全范围内。湿度监测：实时采集运输环境的湿度数据，防止湿度过低或过高，保证疫苗运输环境的稳定性。震动监测：检测运输过程中震动的强度，避免疫苗遭受剧烈震动导致的损坏。环境调节：制冷风机控制：当检测到温度高于设定值时，系统自动开启制冷风机进行降温。加湿器控制：当检测到湿度低于设定值时，自动启用加湿器进行补充湿度。报警提示：震动过大时，系统自动启动蜂鸣器，提示驾驶员注意减少行驶震动，保护疫苗。触发设定的温湿度阈值时，系统发送警报信息。数据监控与控制：通过按键设置目标温度、湿度等阈值。显示屏实时显示温度、湿度和震动数据，确保驾驶员清晰掌握运输状态。远程监控与控制：利用WIFI模块将实时数据上传至云平台，并通过手机APP进行远程监控与控制。支持历史数据查询与分析，确保管理人员能够回溯运输历史，发现潜在问题。定位功能：系统集成GPS模块，实时获取运输车辆的位置信息，提供经纬度坐标，便于车辆追踪。云端数据存储与分析：通过MQTT协议将数据上传至华为云物联网平台，提供强大的数据存储与分析能力，确保数据的安全和长期保存。3. 项目硬件模块组成本系统的硬件组成主要包括以下几个模块：STM32F103C8T6 主控芯片：本系统采用STM32F103C8T6作为主控芯片，具有高性能、低功耗的特点，能够支持复杂的传感器数据采集和处理任务，且兼容多种无线通信方式（如WiFi、蓝牙等）。温湿度传感器：采用DHT22或AM2302等高精度温湿度传感器，用于采集运输环境的温度和湿度数据，精度高、响应速度快，适用于环境监测。震动传感器：选用MEMS加速度传感器，如ADXL345，检测运输过程中的震动强度，以判断是否存在剧烈震动情况。制冷风机与加湿器控制模块：通过继电器控制制冷风机和加湿器的开关，保证温湿度在设定范围内。蜂鸣器模块：用于报警提示，当检测到温湿度异常或震动过大时，发出声音警报，提醒司机注意。WIFI模块：采用ESP8266或ESP32 WIFI模块，通过MQTT协议实现数据的无线传输，将实时数据上传至云平台并支持远程控制。GPS定位模块：使用Neo-6M GPS模块，获取运输车辆的实时位置信息，并将经纬度坐标上传至平台。显示屏模块：采用OLED或LCD显示屏，实时显示温度、湿度、震动等监测数据。按钮输入模块：通过按钮设置温湿度阈值，使用户能够根据实际需求调整监控范围。4. 设计思路系统的设计思路基于物联网（IoT）理念，借助智能传感器采集温湿度、震动等环境数据，通过STM32主控芯片进行数据处理和决策，并通过WIFI模块将数据实时上传至云平台。同时，系统配备制冷风机、加湿器等环境调节装置，能够在检测到环境异常时自动调节环境状态。此外，通过蜂鸣器、显示屏等模块提供本地报警与监控，保证系统操作便捷直观。主要设计流程：数据采集：利用温湿度传感器和震动传感器不断采集当前环境的数据。通过主控芯片STM32F103C8T6进行实时处理。数据处理与决策：在采集到的数据基础上，判断是否超出设定的温湿度阈值，若超出则通过控制模块启动相应设备（如制冷风机或加湿器）进行调节。报警与提示：震动传感器若检测到剧烈震动，系统会触发蜂鸣器报警。若温湿度异常，系统也会通过蜂鸣器发出警报，提示驾驶员。无线通信：通过WIFI模块，利用MQTT协议将实时数据上传至华为云平台，供远程用户实时查看。云端存储与分析：云平台存储数据，提供数据历史查询与分析功能，便于管理人员回溯历史数据。GPS定位功能：实时获取车辆位置，并将经纬度信息上传至平台。控制与监控：通过Android手机APP或Windows电脑端进行远程控制与监控，设定温湿度阈值，查看历史数据等。5. 系统功能总结功能模块说明温湿度监测通过传感器实时采集运输环境的温度与湿度数据，确保符合疫苗运输要求震动监测检测运输过程中是否存在过度震动，保护疫苗不受损坏环境调节自动启用制冷风机或加湿器，调节运输环境的温湿度实时报警温湿度、震动超标时触发蜂鸣器报警，提示驾驶员注意数据采集与上传通过WIFI模块，利用MQTT协议将数据上传至云平台，进行实时监控手机APP控制与监控支持手机APP端查看实时数据、设置阈值及历史数据查询GPS定位实时获取车辆经纬度，监控运输路线与位置数据存储与分析数据上传云平台后进行存储与分析，支持历史数据查看与回溯6. 使用的模块技术详情介绍1. STM32F103C8T6 主控芯片核心：ARM Cortex-M3，具有高效的处理能力。I/O接口：多达37个可编程I/O引脚，支持多种外设。存储：64KB Flash，20KB SRAM，足以支持复杂算法与数据存储。通信接口：支持USART、SPI、I2C等常见通信协议，适用于多种传感器与模块。2. 温湿度传感器 DHT22测量范围：温度-4080°C，湿度0100% RH。精度：温度±0.5°C，湿度±2% RH。通信：单线通信，简化硬件连接。3. 震动传感器 ADXL345测量范围：±2g, ±4g, ±8g, ±16g。精度：提供高达13位分辨率的数据输出。通信：I2C或SPI接口，适用于高速数据传输。4. WIFI模块 ESP8266支持IEEE 802.11 b/g/n。支持TCP/IP协议栈，方便进行数据上传与远程控制。兼容MQTT协议，适合与物联网云平台对接。5. GPS模块 Neo-6M频率：1Hz（可升级至5Hz）。定位精度：通常为±2.5米，支持快速定位与高效数据传输。6. MQTT协议轻量级的消息发布/订阅协议，适合低带宽环境下的设备通信。实现客户端与云平台之间的双向通信。7. 总结本项目设计并实现了一种基于物联网的疫苗冷链物流监测系统，利用STM32主控芯片和多种传感器技术，结合WIFI无线数据传输和云平台存储，实现了温湿度、震动等环境参数的实时监测与调节。系统不仅能够自动控制温湿度调节装置，还能通过蜂鸣器、APP和云平台进行实时报警和远程控制，为疫苗运输提供了高效、安全的解决方案。8.STM32代码设计下面是基于STM32F103C8T6主控芯片的疫苗冷链物流监测系统的main.c代码框架，这个代码实现了温度、湿度、震动等数据采集，温湿度超限控制，蜂鸣器报警，按键设置，以及通过WIFI模块和MQTT协议上传数据到华为云物联网平台。#include "stm32f10x.h" #include "lcd.h" #include "dht11.h" #include "vibration_sensor.h" #include "relay.h" #include "mqtt_client.h" #include "gps.h" #include "button.h" #include "wifi_module.h" ​ // 定义温度、湿度、震动的阈值 #define TEMPERATURE_THRESHOLD 10 // 温度阈值（例如：超过 10°C） #define HUMIDITY_THRESHOLD 50 // 湿度阈值（例如：低于 50%） #define VIBRATION_THRESHOLD 500 // 震动阈值（例如：震动超过 500） ​ // 定义设备状态结构体 typedef struct { float temperature; float humidity; int vibration; float latitude; float longitude; } DeviceData; ​ // 初始化系统 void System_Init(void) { // 初始化LCD显示 LCD_Init(); // 初始化温湿度传感器 DHT11_Init(); // 初始化震动传感器 Vibration_Init(); // 初始化蜂鸣器 Relay_Init(); // 初始化按钮输入 Button_Init(); // 初始化GPS模块 GPS_Init(); // 初始化WiFi模块 WiFi_Init(); // 初始化MQTT客户端 MQTT_Init(); } ​ // 显示当前状态 void Display_Status(DeviceData *data) { LCD_Clear(); LCD_Printf("Temperature: %.2f C", data->temperature); LCD_Printf("Humidity: %.2f %%", data->humidity); LCD_Printf("Vibration: %d", data->vibration); LCD_Printf("Location: Lat: %.6f, Lon: %.6f", data->latitude, data->longitude); } ​ // 采集温湿度、震动等传感器数据 void Collect_Sensor_Data(DeviceData *data) { // 采集温湿度数据 DHT11_Read(&data->temperature, &data->humidity); ​ // 采集震动传感器数据 data->vibration = Vibration_Read(); ​ // 采集GPS定位数据 GPS_GetCoordinates(&data->latitude, &data->longitude); } ​ // 温度控制逻辑 void Control_Temperature(DeviceData *data) { if (data->temperature > TEMPERATURE_THRESHOLD) { // 温度超过阈值，启动制冷风机 Relay_ActivateCooling(); } else { // 温度正常，关闭制冷风机 Relay_DeactivateCooling(); } } ​ // 湿度控制逻辑 void Control_Humidity(DeviceData *data) { if (data->humidity < HUMIDITY_THRESHOLD) { // 湿度低于阈值，启动加湿器 Relay_ActivateHumidifier(); } else { // 湿度正常，关闭加湿器 Relay_DeactivateHumidifier(); } } ​ // 震动控制逻辑 void Control_Vibration(DeviceData *data) { if (data->vibration > VIBRATION_THRESHOLD) { // 震动超限，启动蜂鸣器报警 Relay_ActivateBuzzer(); } else { // 震动正常，关闭蜂鸣器 Relay_DeactivateBuzzer(); } } ​ // 处理按键设置 void Handle_Button_Press(void) { // 按钮设置温度阈值和湿度阈值的代码，具体实现根据硬件按键的方式来设定 if (Button_IsPressed()) { // 假设按键按下时进行温湿度设置 TEMPERATURE_THRESHOLD += 1; HUMIDITY_THRESHOLD += 5; } } ​ // 上传数据到云平台 void Upload_Data_To_Cloud(DeviceData *data) { // 通过MQTT协议上传温湿度、震动和GPS数据到华为云物联网平台 char message[128]; snprintf(message, sizeof(message), "{\"temperature\": %.2f, \"humidity\": %.2f, \"vibration\": %d, \"latitude\": %.6f, \"longitude\": %.6f}", data->temperature, data->humidity, data->vibration, data->latitude, data->longitude); MQTT_Publish("vaccine/coldchain", message); } ​ int main(void) { DeviceData deviceData; ​ // 系统初始化 System_Init(); ​ // 主循环 while (1) { // 采集传感器数据 Collect_Sensor_Data(&deviceData); ​ // 控制温度、湿度和震动 Control_Temperature(&deviceData); Control_Humidity(&deviceData); Control_Vibration(&deviceData); ​ // 显示当前状态 Display_Status(&deviceData); ​ // 处理按钮设置 Handle_Button_Press(); ​ // 上传数据到云 Upload_Data_To_Cloud(&deviceData); } }代码说明：系统初始化：在System_Init()函数中，初始化了LCD、温湿度传感器、震动传感器、蜂鸣器、按钮、GPS模块、WiFi模块和MQTT客户端等子模块。数据采集：Collect_Sensor_Data()函数用于采集温湿度、震动和GPS坐标等传感器数据。温湿度通过DHT11传感器获取，震动数据通过震动传感器读取，GPS模块提供定位信息。控制逻辑：温度、湿度和震动的控制逻辑分别在Control_Temperature()、Control_Humidity()和Control_Vibration()函数中实现，判断是否超过设定的阈值，触发对应的控制设备（如启动制冷风机、加湿器、蜂鸣器等）。按钮操作：Handle_Button_Press()用于处理按钮操作，假设按钮按下时改变温湿度的阈值。实际按钮功能需要根据硬件设计进行调整。数据上传：Upload_Data_To_Cloud()函数将采集的数据通过MQTT协议上传到华为云物联网平台。上传的数据包括温度、湿度、震动和GPS坐标。显示状态：通过LCD显示当前的环境数据，如温度、湿度、震动值和GPS定位。

1. 项目开发背景随着全球化贸易的发展，冷链物流在现代运输行业中扮演着日益重要的角色。尤其是冻品、食品、药品等对运输环境有着严格要求的货物，其运输过程中温度、湿度等环境参数必须严格控制，以确保货物的品质不受损害。为了解决这一问题，开发一个基于物联网技术的冻保鲜运输智能控制系统变得尤为重要。该系统可以实时监控运输环境中的温度、湿度、震动等参数，并根据预设的阈值进行自动调节，同时通过无线传输将数据上传至云端平台，进行实时监控和历史数据分析，确保运输过程中的货物处于最佳环境状态。该系统的主要应用场景是冷链物流行业中的冻品运输，系统通过嵌入式硬件和物联网通信技术实现了对运输环境的实时监控、数据采集、设备控制、预警报警等多项功能。本项目通过STM32F103C8T6单片机作为核心控制单元，采用温湿度传感器、震动传感器、GPS定位模块等硬件，通过Wi-Fi模块实现数据上传，并借助MQTT协议与华为云物联网平台进行数据存储与分析。2. 设计实现的功能2.1 温度监测与控制系统通过温度传感器实时采集运输环境的温度数据，当温度超过设定阈值时，自动启动制冷风机进行降温，以确保运输环境温度处于适宜范围。2.2 湿度监测与控制系统通过湿度传感器实时监控运输环境中的湿度，当湿度低于设定值时，自动启动加湿器进行加湿，维持运输环境中的湿度在合理范围内。2.3 震动监测与报警通过震动传感器检测运输过程中是否发生剧烈震动，当震动强度超过设定值时，系统通过蜂鸣器报警，提醒司机减少行驶速度，确保货物不受损害。2.4 数据显示与手动设置系统通过显示屏实时展示当前的温度、湿度、震动等环境数据，司机可通过按键设置温度和湿度的预警阈值，便于进行手动调整。2.5 无线数据传输与远程监控通过Wi-Fi模块，系统将采集到的环境数据上传至华为云物联网平台，用户可通过手机APP或PC端查看实时数据，同时也可查看历史数据和趋势分析。2.6 GPS定位与实时位置监控通过GPS定位模块获取车辆当前位置的经度和纬度，并将位置数据上传至云端平台，用户可以实时查看车辆的位置。2.7 数据上云与历史记录存储系统将通过MQTT协议将数据上传至华为云物联网平台，进行数据存储和历史记录分析，便于后期查阅和数据趋势分析。3. 项目硬件模块组成本系统由多个硬件模块组成，涉及环境监测、设备控制、数据传输、位置跟踪等功能。具体硬件模块包括：3.1 主控芯片：STM32F103C8T6STM32F103C8T6是STMicroelectronics公司推出的32位ARM Cortex-M3内核的单片机，具有较高的处理能力和丰富的外设接口，适合应用于嵌入式控制系统中。该芯片提供了足够的GPIO口、串口、定时器等外设，能够满足温湿度传感器、震动传感器、GPS模块、Wi-Fi模块等外设的控制需求。3.2 温度传感器：DHT22DHT22是一款常用的数字温湿度传感器，能够同时提供温度和湿度的测量结果。其温度测量范围为-40°C至80°C，湿度测量范围为0%-100%，精度较高，适合用于冷链运输中的温湿度监测。3.3 湿度传感器：DHT22（与温度传感器共用）由于DHT22传感器同时具备温度和湿度测量功能，因此可以使用同一个传感器进行环境湿度的监测。3.4 震动传感器：SW-420SW-420是一款震动传感器模块，可以检测物体的震动。当震动强度超过设定的阈值时，模块输出一个高电平信号，系统可根据此信号进行报警或采取其他处理。3.5 制冷风机与加湿器控制模块系统通过继电器控制模块实现对制冷风机和加湿器的控制。当温度超过设定阈值时，系统启动制冷风机；当湿度低于设定阈值时，系统启动加湿器。3.6 蜂鸣器蜂鸣器用于震动监测报警，当运输过程中发生剧烈震动时，蜂鸣器将发出警报，提醒司机注意。3.7 显示屏：LCD1602LCD1602是一款常用的液晶显示屏，能够显示温度、湿度、震动等环境数据，司机可以通过该屏幕查看当前的环境参数。3.8 按键模块按键模块用于设置温度和湿度的预警阈值，司机可以根据需要调整阈值。3.9 Wi-Fi模块：ESP8266ESP8266是一个低成本的Wi-Fi模块，支持Wi-Fi通信，可以将采集到的数据通过无线网络传输到云平台，支持MQTT协议，与华为云物联网平台进行数据交互。3.10 GPS定位模块：NEO-6MNEO-6M是一款高精度的GPS模块，可以提供车辆的经度、纬度和时间信息，用于实时监控车辆位置。4. 设计思路4.1 系统架构本系统的整体架构包括嵌入式硬件系统、无线数据传输系统、云端平台与用户端三个部分。系统通过传感器实时采集运输环境中的数据，STM32F103C8T6主控芯片负责数据处理与控制。当某一参数超过设定阈值时，控制模块将触发对应的控制动作（如启动制冷风机、加湿器或报警）。同时，数据通过Wi-Fi模块上传到华为云物联网平台，用户可以在手机APP或PC端实时查看数据并进行远程监控。4.2 数据采集与处理温湿度监测： 温湿度传感器定期向系统提供温度和湿度数据，STM32F103C8T6通过定时器定时读取传感器数据。震动监测： 震动传感器监测运输过程中的震动情况，当震动超过设定的阈值时，STM32F103C8T6通过蜂鸣器模块发出警报。GPS定位： GPS模块提供实时的车辆经度和纬度信息，STM32F103C8T6定期读取GPS模块的数据并通过Wi-Fi模块上传至云平台。4.3 设备控制制冷风机与加湿器： 当温度或湿度不在预设范围内时，控制模块将触发继电器，启动或停止制冷风机与加湿器。报警机制： 当震动传感器检测到剧烈震动时，蜂鸣器发出警报，提醒司机注意。4.4 数据上传与云端监控Wi-Fi上传： ESP8266 Wi-Fi模块将采集的数据通过MQTT协议上传至华为云物联网平台。数据通过云端存储，并可通过手机APP或PC端查看。数据存储与分析： 云平台存储历史数据，用户可以查看历史数据图表，进行趋势分析。4.5 用户界面与操作显示界面： LCD1602显示屏实时展示温度、湿度、震动等环境数据，便于司机现场监控。按键操作： 司机可以通过按键调整温湿度的预警阈值。5. 系统功能总结功能模块描述温度监测与控制实时监测运输环境温度，超标时启动制冷风机湿度监测与控制实时监测运输环境湿度，低于设定阈值时启动加湿器震动监测与报警检测运输过程中的震动，超过设定阈值时通过蜂鸣器报警6. 使用的模块的技术详情介绍6.1 STM32F103C8T6STM32F103C8T6是基于ARM Cortex-M3核心的32位单片机，具有高性能和低功耗的特点。它内置了丰富的外设接口，包括UART、SPI、I2C、GPIO等，能够满足各种外设的控制需求。其主频为72MHz，性能足以应对温湿度采集、震动监测、GPS定位等实时任务。6.2 DHT22温湿度传感器DHT22是一款数字式温湿度传感器，采用单总线通信方式，与MCU通信非常方便。其温度测量范围为-40°C至80°C，湿度测量范围为0%-100%。它适合用于精确的环境监测，且具有较高的稳定性。6.3 SW-420震动传感器SW-420震动传感器是一款基于机械开关的震动感应模块，当传感器感应到震动时，其输出引脚会输出高电平信号。系统可以根据此信号进行报警或其他处理。6.4 ESP8266 Wi-Fi模块ESP8266是一个低成本、高效能的Wi-Fi模块，内置了TCP/IP协议栈，支持Wi-Fi通信。它能够与MCU通过串口进行通信，发送和接收数据。其支持MQTT协议，适合用于物联网应用。6.5 NEO-6M GPS模块NEO-6M是一款高精度的GPS模块，能够提供经度、纬度、高度、时间等信息。它支持多个卫星系统，包括GPS和GLONASS，具有较高的定位精度。7. 总结本系统基于STM32F103C8T6单片机，结合温湿度传感器、震动传感器、GPS模块、Wi-Fi模块等硬件，实现了对冻品运输环境的实时监控与智能控制。系统通过无线数据传输将采集到的数据上传至华为云物联网平台，便于用户进行远程监控和数据分析。通过合理的硬件选型和数据处理算法，系统能够保证运输过程中货物处于最佳环境中，同时提供了可靠的预警报警机制，保障了运输安全。此外，本系统具有较强的扩展性，未来可以增加更多传感器或控制模块，如光照传感器、空气质量传感器等，以实现更加精细的环境管理。8. STM32代码设计以下是完整的 main.c 代码，用于实现基于STM32F103C8T6的“冻保鲜运输智能控制系统”。在该代码中，系统会通过采集温度、湿度、震动等数据并进行实时控制，如超标时启动加湿器、风机等设备。此外，数据通过Wi-Fi上传到云端，便于远程监控。main.c 示例代码：#include "stm32f10x.h" #include "DHT22.h" // 温湿度传感器头文件 #include "SW420.h" // 震动传感器头文件 #include "Buzzer.h" // 蜂鸣器控制头文件 #include "GPS.h" // GPS模块头文件 #include "WiFi.h" // Wi-Fi模块头文件 #include "LCD1602.h" // LCD显示屏头文件 #include "RelayControl.h" // 继电器控制头文件 ​ // 设置温度和湿度阈值 #define TEMP_THRESHOLD_HIGH 10 // 温度上限10°C #define TEMP_THRESHOLD_LOW 5 // 温度下限5°C #define HUMIDITY_THRESHOLD_LOW 40 // 湿度下限40% #define HUMIDITY_THRESHOLD_HIGH 60 // 湿度上限60% #define VIBRATION_THRESHOLD 500 // 震动阈值 ​ // 当前传感器数据存储 float current_temperature = 0.0f; float current_humidity = 0.0f; int vibration_level = 0; float latitude = 0.0f; float longitude = 0.0f; ​ // 系统初始化函数 void System_Init(void) { // 初始化LCD显示屏 LCD_Init(); // 初始化蜂鸣器 Buzzer_Init(); // 初始化温湿度传感器 DHT22_Init(); // 初始化震动传感器 SW420_Init(); // 初始化GPS模块 GPS_Init(); // 初始化Wi-Fi模块 WiFi_Init(); // 初始化继电器控制（制冷风机、加湿器） RelayControl_Init(); } ​ // 传感器数据采集函数 void Collect_Sensor_Data(void) { // 获取温湿度传感器数据 current_temperature = DHT22_Read_Temperature(); current_humidity = DHT22_Read_Humidity(); // 获取震动传感器数据 vibration_level = SW420_Read_Vibration(); // 获取GPS定位数据 latitude = GPS_Get_Latitude(); longitude = GPS_Get_Longitude(); } ​ // 控制设备（如风机、加湿器）和报警 void Control_Devices(void) { // 检查温度是否超标 if (current_temperature > TEMP_THRESHOLD_HIGH) { RelayControl_StartCooling(); // 启动制冷风机 } else if (current_temperature < TEMP_THRESHOLD_LOW) { RelayControl_StopCooling(); // 停止制冷风机 } // 检查湿度是否超标 if (current_humidity < HUMIDITY_THRESHOLD_LOW) { RelayControl_StartHumidifier(); // 启动加湿器 } else if (current_humidity > HUMIDITY_THRESHOLD_HIGH) { RelayControl_StopHumidifier(); // 停止加湿器 } // 震动检测，如果震动值超过阈值，触发报警 if (vibration_level > VIBRATION_THRESHOLD) { Buzzer_On(); // 开启蜂鸣器报警 } else { Buzzer_Off(); // 关闭蜂鸣器 } } ​ // 数据上传至云端（使用MQTT协议） void Upload_Data_To_Cloud(void) { // 将数据上传到云平台 char message[256]; // 构造消息内容 sprintf(message, "Temperature: %.2f, Humidity: %.2f, Vibration: %d, Latitude: %.6f, Longitude: %.6f", current_temperature, current_humidity, vibration_level, latitude, longitude); // 发送数据到MQTT服务器 WiFi_MQTT_Publish("frozen_transport/data", message); } ​ // 显示数据到LCD屏幕 void Display_Data(void) { // 清除LCD屏幕 LCD_Clear(); // 显示温度、湿度和震动值 LCD_SetCursor(0, 0); LCD_Printf("Temp: %.2f C", current_temperature); LCD_SetCursor(1, 0); LCD_Printf("Humidity: %.2f %%", current_humidity); LCD_SetCursor(2, 0); LCD_Printf("Vibration: %d", vibration_level); LCD_SetCursor(3, 0); LCD_Printf("Lat: %.6f Lon: %.6f", latitude, longitude); } ​ int main(void) { // 系统初始化 System_Init(); // 主循环 while (1) { // 1. 采集传感器数据 Collect_Sensor_Data(); // 2. 控制设备（如风机、加湿器）并触发报警 Control_Devices(); // 3. 上传数据至云端 Upload_Data_To_Cloud(); // 4. 显示数据到LCD Display_Data(); } } ​ // 延时函数 void delay_ms(uint32_t ms) { uint32_t i, j; for (i = 0; i < ms; i++) { for (j = 0; j < 8000; j++) { __NOP(); // 空操作，等待时间 } } }代码解析系统初始化 (System_Init)：进行各个硬件模块的初始化，包括LCD显示、蜂鸣器、传感器（温湿度、震动、GPS）、Wi-Fi模块和继电器控制（风机、加湿器）。传感器数据采集 (Collect_Sensor_Data)：从温湿度传感器、震动传感器和GPS模块读取数据，并将其存储到相应的变量中。设备控制与报警 (Control_Devices)：根据采集的温湿度数据，控制风机和加湿器的启停。如果温度高于设定阈值，则启动制冷风机；如果湿度低于设定阈值，则启动加湿器。检测震动传感器的输出，当震动超出预设阈值时，触发蜂鸣器报警。数据上传至云端 (Upload_Data_To_Cloud)：将温度、湿度、震动、GPS位置等数据通过Wi-Fi模块上传到云平台。使用MQTT协议进行数据传输。显示数据到LCD (Display_Data)：在LCD显示屏上显示当前的温度、湿度、震动值以及GPS经纬度。模块与功能DHT22：温湿度传感器，支持数字信号输出，提供温度和湿度数据。SW420：震动传感器，当震动超过一定阈值时，输出信号。Buzzer：蜂鸣器，用于在震动过大时发出警报。GPS：GPS模块，用于实时获取经度和纬度数据。Wi-Fi (ESP8266)：Wi-Fi模块，通过MQTT协议将数据上传到云端。RelayControl：继电器控制模块，用于控制制冷风机和加湿器的开关。该代码实现了冻保鲜运输智能控制系统的核心功能：环境监控（温度、湿度、震动）、设备控制（制冷风机、加湿器）、报警系统（蜂鸣器）、数据展示（LCD）和无线数据上传（Wi-Fi）。系统能够实时监控运输环境，保证货物在运输过程中处于最佳状态。

项目开发背景随着现代中药的广泛应用，中药材的存储环境对其质量有着至关重要的影响。温湿度、烟雾、火灾等环境因素，若不加以控制，将会导致中药材失效或变质。因此，设计一个基于单片机的中药存放环境监测系统显得尤为重要。该系统通过实时监测温湿度、烟雾浓度、火灾情况等环境参数，确保中药存放环境处于适宜的状态，从而保证中药材的品质，减少因环境问题引发的损失。本项目基于STM32F103C8T6单片机作为核心控制单元，通过多种传感器对环境进行实时采集，并通过液晶显示屏和Wi-Fi无线通讯将监测数据展示给用户，达到环境预警和安全保障的目的。设计实现的功能温湿度采集与监控：使用DHT11温湿度传感器实时监控中药存放房间的温度和湿度，确保温湿度符合要求。烟雾监测：通过烟雾传感器检测存放环境中的烟雾浓度，及时发现火灾隐患。火灾监测：利用火灾传感器检测中药存放环境中是否有火灾发生，保证环境安全。环境预警：设置温湿度、烟雾、火灾等阈值，当超过设定值时，系统自动触发警报（蜂鸣器），提示用户注意。紧急处理机制：当温度、湿度、烟雾或火灾参数超标时，系统自动启动排气通道进行换气或散热处理。数据展示与实时监控：通过液晶显示屏显示当前环境数据，提供温度、湿度、烟雾浓度、火灾监测结果等信息。手机端监控与管理：通过Wi-Fi模块实现手机APP与设备之间的通信，使用户可以在手机端查看实时数据并进行远程监控。数据存储与历史记录：监测数据可存储并备份，便于后期查阅和分析，确保数据的长期有效性。项目硬件模块组成主控芯片 STM32F103C8T6 作为本系统的核心控制单元，STM32F103C8T6具有丰富的I/O口，支持多种外设接口（如SPI、I2C、USART等），能够满足传感器的数据采集、处理和通信要求。DHT11 温湿度传感器 用于实时采集存储环境的温度和湿度数据，输出数字信号，通过单片机读取数据进行处理。烟雾传感器 该传感器能够检测空气中的烟雾浓度，通过模拟输出提供实时的烟雾浓度数据。火灾传感器 用于检测火灾发生的初期征兆，如温度剧增、火焰感应等。输出信号通过单片机读取，用于判断是否有火灾发生。蜂鸣器 当环境参数超过设定阈值时，蜂鸣器发出警报声音，提醒用户注意。排气通道控制模块 该模块用于控制中药存储房的排气系统，系统可根据传感器数据自动开启排气口进行散热或通风。LCD液晶显示屏（1602或类似） 用于显示当前监测到的温度、湿度、烟雾浓度、火灾报警等数据，提供直观的实时反馈。Wi-Fi模块（如ESP8266） 通过Wi-Fi模块与手机APP连接，实现远程数据监控和管理。电源管理模块 提供系统稳定的电源，支持单片机及各个模块的工作。设计思路总体架构本系统的设计包括硬件和软件两大部分，硬件部分由STM32F103C8T6单片机作为控制中心，外围集成了多种传感器用于环境数据采集，包括温湿度传感器、烟雾传感器、火灾传感器等，同时利用LCD液晶屏实时显示数据，并通过Wi-Fi模块实现手机端的数据访问。在软件部分，首先要实现对各个传感器的数据读取和处理，并对数据进行实时监控。其次，设置阈值，当环境数据超过设定的阈值时，触发报警机制（蜂鸣器和排气通道）。最后，通过Wi-Fi将监测数据传输到手机APP，用户可以远程查看和管理数据。数据采集与处理温湿度采集：通过DHT11传感器读取温湿度数据，并将数据传输给单片机进行处理。烟雾采集：通过烟雾传感器读取烟雾浓度数据，并在程序中进行转换和阈值判断。火灾采集：通过火灾传感器获取火灾报警信号，判断是否发生火灾。环境监测与预警当温湿度、烟雾浓度或火灾传感器的读数超过预设阈值时，系统会触发警报并启动相应的紧急处理机制，例如开启蜂鸣器警告和自动启动排气系统。数据存储与历史记录通过STM32F103C8T6的内存或外接存储器（如SD卡）保存历史数据，方便后期查询和分析。无线通讯通过Wi-Fi模块实现系统与手机端的通信，手机APP将实时显示温湿度、烟雾、火灾等监测数据，确保用户可以远程掌握存储环境状况。系统功能总结功能模块描述温湿度监测实时监测中药存储房的温湿度，确保环境适宜烟雾监测检测存储房内的烟雾浓度，及时发现潜在的火灾隐患火灾监测检测火灾初期征兆，预防火灾事故发生环境预警设置温湿度、烟雾、火灾阈值，超标时触发报警机制紧急处理机制超标时启动排气通道进行通风或散热，降低环境风险数据展示与实时监控LCD显示屏展示环境数据，便于现场查看和管理手机APP监控与管理通过Wi-Fi模块连接手机，远程查看实时监测数据数据存储与历史记录保存环境监测数据，便于查询和分析使用的模块的技术详情介绍1. DHT11 温湿度传感器工作原理：DHT11通过内置的温湿度感应元件来测量环境的温度和湿度。它通过单总线协议与单片机进行数据通信。技术参数：温度测量范围：0℃到50℃湿度测量范围：20%到90%精度：温度±2℃，湿度±5%2. 烟雾传感器工作原理：烟雾传感器通过对空气中气体的吸收与反射变化，检测烟雾浓度。输出模拟信号，可通过ADC接口输入单片机。技术参数：输出信号：模拟电压信号检测浓度：300-1000ppm烟雾3. 火灾传感器工作原理：火灾传感器通过检测环境温度变化或火焰的存在来判断是否发生火灾，常用红外线火焰传感器或热敏电阻。技术参数：检测温度范围：30℃-50℃检测方式：红外或热敏电阻4. Wi-Fi模块 (ESP8266)工作原理：ESP8266通过UART接口与单片机通信，实现Wi-Fi功能，能够将环境数据发送至云平台或手机APP。技术参数：支持802.11b/g/n Wi-Fi标准支持TCP/IP协议STM32代码设计以下是基于STM32F103C8T6的中药存放环境监测系统的 main.c 代码。其他子模块（如温湿度传感器、烟雾传感器、火灾传感器、蜂鸣器、LCD显示、Wi-Fi等）的代码已经编写好。代码实现了主要功能：环境数据的采集、报警机制、LCD显示和Wi-Fi通讯。#include "stm32f10x.h" #include "DHT11.h" // 包含DHT11传感器的代码 #include "SmokeSensor.h" // 包含烟雾传感器的代码 #include "FireSensor.h" // 包含火灾传感器的代码 #include "Buzzer.h" // 包含蜂鸣器控制代码 #include "LCD1602.h" // 包含LCD显示控制代码 #include "WiFi.h" // 包含Wi-Fi通讯控制代码 ​ // 定义环境监测阈值 #define TEMP_THRESHOLD_HIGH 30 // 温度高于30度时报警 #define TEMP_THRESHOLD_LOW 10 // 温度低于10度时报警 #define HUMIDITY_THRESHOLD_HIGH 80 // 湿度高于80%时报警 #define HUMIDITY_THRESHOLD_LOW 30 // 湿度低于30%时报警 #define SMOKE_THRESHOLD 500 // 烟雾浓度超过500时报警 ​ // 环境参数存储 float current_temp = 0; float current_humidity = 0; int smoke_level = 0; int fire_alarm = 0; ​ // 函数声明 void System_Init(void); void Environment_Monitoring(void); void Alert_System(void); void Display_Data(void); void WiFi_Transmit_Data(void); ​ int main(void) { // 系统初始化 System_Init(); while (1) { // 环境监测 Environment_Monitoring(); // 判断是否超出报警阈值 Alert_System(); // 显示环境数据 Display_Data(); // 通过Wi-Fi上传数据 WiFi_Transmit_Data(); } } ​ // 系统初始化函数 void System_Init(void) { // 1. 初始化硬件 LCD_Init(); // 初始化LCD Buzzer_Init(); // 初始化蜂鸣器 DHT11_Init(); // 初始化DHT11传感器 SmokeSensor_Init(); // 初始化烟雾传感器 FireSensor_Init(); // 初始化火灾传感器 WiFi_Init(); // 初始化Wi-Fi模块 // 2. 其他硬件初始化 GPIO_Init(); // 初始化GPIO } ​ // 环境监测函数 void Environment_Monitoring(void) { // 读取DHT11传感器数据 current_temp = DHT11_Read_Temperature(); current_humidity = DHT11_Read_Humidity(); // 读取烟雾传感器数据 smoke_level = SmokeSensor_Read(); // 读取火灾传感器数据 fire_alarm = FireSensor_Read(); } ​ // 报警系统函数 void Alert_System(void) { // 检查是否超出温度阈值 if (current_temp > TEMP_THRESHOLD_HIGH || current_temp < TEMP_THRESHOLD_LOW) { Buzzer_On(); // 开启蜂鸣器报警 // 可以增加排气通道控制的代码 } else { Buzzer_Off(); // 关闭蜂鸣器 } ​ // 检查湿度是否超出阈值 if (current_humidity > HUMIDITY_THRESHOLD_HIGH || current_humidity < HUMIDITY_THRESHOLD_LOW) { Buzzer_On(); // 开启蜂鸣器报警 // 可以增加排气通道控制的代码 } else { Buzzer_Off(); // 关闭蜂鸣器 } ​ // 检查烟雾浓度是否超标 if (smoke_level > SMOKE_THRESHOLD) { Buzzer_On(); // 开启蜂鸣器报警 // 可以增加排气通道控制的代码 } else { Buzzer_Off(); // 关闭蜂鸣器 } ​ // 检查火灾传感器 if (fire_alarm == 1) { Buzzer_On(); // 开启蜂鸣器报警 // 可以增加排气通道控制的代码 } else { Buzzer_Off(); // 关闭蜂鸣器 } } ​ // 数据显示函数 void Display_Data(void) { // 在LCD上显示环境数据 LCD_Clear(); LCD_SetCursor(0, 0); LCD_Printf("Temp: %.2f C", current_temp); LCD_SetCursor(1, 0); LCD_Printf("Humidity: %.2f %%", current_humidity); LCD_SetCursor(2, 0); LCD_Printf("Smoke: %d", smoke_level); LCD_SetCursor(3, 0); LCD_Printf("Fire: %s", fire_alarm ? "Detected" : "Safe"); } ​ // Wi-Fi数据传输函数 void WiFi_Transmit_Data(void) { // 将环境数据通过Wi-Fi发送到手机APP或服务器 WiFi_Send_Data("Temperature", current_temp); WiFi_Send_Data("Humidity", current_humidity); WiFi_Send_Data("Smoke", smoke_level); WiFi_Send_Data("Fire", fire_alarm ? 1 : 0); } ​ // 延时函数 void delay_ms(uint32_t ms) { uint32_t i, j; for (i = 0; i < ms; i++) { for (j = 0; j < 8000; j++) { __NOP(); // 空操作，等待时间 } } }代码分析硬件初始化：System_Init() 函数进行所有外设（如LCD、蜂鸣器、传感器、Wi-Fi）的初始化。环境监测：Environment_Monitoring() 函数从各个传感器（DHT11、烟雾传感器、火灾传感器）中获取实时数据。报警机制：Alert_System() 函数根据各个传感器的数据判断是否超出设定的阈值，如果超标则启动蜂鸣器报警，并根据需要启动排气通道。数据展示：Display_Data() 函数使用LCD显示屏展示实时环境数据，包括温度、湿度、烟雾浓度和火灾报警状态。Wi-Fi通信：WiFi_Transmit_Data() 函数将环境数据通过Wi-Fi模块发送至手机APP或云端服务器，方便远程监控。

一、项目开发背景随着城市化进程的推进，工地建设和拆迁作业逐渐增多，工地环境的空气污染、噪声污染等问题越来越严重。为了改善工地周边居民的生活环境和施工人员的工作环境，工地环境实时监测与控制系统应运而生。该系统通过实时监测空气中的PM2.5、噪声、温湿度等环境参数，将数据上传至云端平台进行存储和分析，从而实现对环境的实时监控和智能控制。此外，本项目通过控制加湿系统降低空气中的粉尘浓度，确保工地作业环境符合安全和健康标准。通过将监测数据上传至云端服务器，项目还能够提供全面的环境可视化展示，便于施工方和管理方进行数据分析与决策。二、设计实现的功能1. 支持检测空气中的PM2.5含量系统通过使用夏普PM2.5传感器检测空气中的PM2.5浓度，并实时反馈到本地LCD显示屏，同时上传到云平台进行进一步分析。2. 支持检测环境的噪声通过噪声检测传感器检测周围环境的噪声水平，转换为电压信号，经过处理后得到噪声值，实时显示在LCD屏幕上并上传至云端。3. 本地实时显示数据采用1.44寸LCD显示屏，实时显示PM2.5浓度、噪声级别、温湿度值等环境数据，方便现场人员实时查看。4. 数据上云并可视化展示系统通过WIFI连接到华为云物联网服务器，实时上传采集到的环境数据。然后通过搭建自有的后端服务器，使用Python的socket模块从华为云获取数据，并通过Flask框架构建Web应用，展示环境监测数据的可视化大屏。5. 设备端数据传输使用WIFI+MQTT协议设备端（STM32）通过ESP8266模块连接WiFi，并使用MQTT协议将监测数据传输到华为云物联网平台。MQTT协议轻量且高效，非常适合物联网环境下的数据传输。6. 加湿系统控制当PM2.5浓度超过设定范围时，系统自动控制加湿器工作，通过继电器驱动喷洒水雾，降低空气中的粉尘浓度。7. 支持环境温度和湿度检测系统通过SHT30传感器实时监测环境的温度和湿度，数据通过STM32处理后显示在LCD上，并上传至云端平台。三、项目硬件模块组成主控芯片：STM32F103RCT6负责处理所有传感器的信号，控制加湿器，并进行数据上传。支持GPIO、ADC、UART等接口，适用于本项目的各项需求。PM2.5传感器（夏普）采用红外光散射原理，实时检测空气中的PM2.5浓度。噪声传感器模拟输出，通过转换为电压信号来表示噪声的强度。LCD显示屏（1.44寸）用于实时显示环境数据，包括PM2.5浓度、噪声、温湿度等。ESP8266 WiFi模块提供无线连接功能，将设备端数据通过WiFi传输到云端。继电器模块用于控制加湿器的开关，响应PM2.5浓度的变化，启动喷水加湿。SHT30温湿度传感器精度高，稳定性好，用于检测环境的温度和湿度。电源模块（USB供电）提供稳定的5V电源，确保系统运行。四、设计思路1. 硬件设计主控芯片STM32F103RCT6通过GPIO和ADC接口与PM2.5传感器、噪声传感器、SHT30温湿度传感器进行数据采集。通过UART接口与ESP8266通信，进行WiFi连接和MQTT协议数据传输。LCD显示屏通过SPI接口与STM32连接，用于实时显示环境参数。使用继电器控制加湿器，当PM2.5浓度超标时启动加湿器，保持工地环境的稳定。2. 软件设计使用Keil5开发环境编写STM32的控制程序，程序包括传感器数据采集、加湿器控制、LCD显示更新、WiFi连接、MQTT数据上传等功能。在后端，使用Python的socket模块建立与云服务器的通信，通过Flask框架提供Web界面，展示云端环境数据。3. 数据上传和可视化STM32通过ESP8266模块上传数据到华为云物联网平台，数据格式采用JSON。后端服务器通过MQTT协议从华为云获取实时数据，使用Flask框架展示数据，并通过前端大屏进行实时数据可视化。五、系统功能总结功能模块具体内容环境监测检测PM2.5、噪声、温湿度等环境数据本地显示LCD显示屏实时显示各项监测数据数据上传通过WiFi将数据上传至华为云物联网平台数据展示使用Flask框架搭建Web应用，展示实时环境数据MQTT协议设备端与云平台使用MQTT协议进行数据传输加湿器控制根据PM2.5浓度自动控制加湿器，降低空气中的粉尘浓度后端服务器使用Python和Flask框架搭建后端服务器，支持数据获取与展示可视化大屏提供前端大屏显示，实时显示环境数据六、使用的模块的技术详情介绍1. PM2.5传感器（夏普）工作原理：通过红外光散射原理检测空气中的颗粒物（如PM2.5）。输出信号：通过数字信号输出PM2.5的浓度，单位为µg/m³。精度：±10%（标准测试条件下）。2. 噪声传感器工作原理：根据声音的强度变化，输出与噪声大小成比例的电压信号。输出信号：模拟电压输出。测量范围：一般为30dB至120dB。3. SHT30温湿度传感器工作原理：通过电容式湿度传感器和温度传感器芯片实现高精度的温湿度检测。输出信号：通过I2C总线输出温度（°C）和湿度（%RH）值。精度：温度±0.3°C，湿度±2%RH。4. ESP8266 WiFi模块技术特点：支持WiFi协议、TCP/IP协议栈，具有独立的处理能力，可以作为WiFi终端连接到网络。功能：用于无线数据传输，支持MQTT协议。5. 继电器模块用于控制电气设备（如加湿器），响应系统的控制信号。6. LCD显示屏技术特点：1.44寸的彩色LCD显示屏，分辨率128x128像素。用途：实时显示环境数据，便于现场人员查看。七、总结本项目设计了一个基于STM32的工地环境实时监测与控制系统，涵盖了空气质量、噪声、温湿度的检测与展示，数据上云并可视化展示，通过控制加湿器自动调节空气质量。系统结合硬件和软件的设计，实现了环境监测与控制的智能化与自动化，提升了工地环境的安全性和舒适度，具有较高的实用价值。八、STM32代码设计其他子模块（如PM2.5传感器、噪声传感器、SHT30温湿度传感器、LCD显示、WiFi模块ESP8266等）的驱动和功能已经写好，只需要在main.c中整合这些模块，实现系统的整体功能。为了简化代码，重点展示如何初始化和使用这些模块。#include "stm32f1xx_hal.h" #include "lcd.h" #include "pm25.h" #include "noise_sensor.h" #include "sht30.h" #include "wifi.h" #include "mqtt.h" #include "relay.h" ​ // 定义外部传感器和硬件接口 extern PM25_TypeDef pm25_sensor; // PM2.5传感器实例 extern NoiseSensor_TypeDef noise_sensor; // 噪声传感器实例 extern SHT30_TypeDef sht30_sensor; // 温湿度传感器实例 extern Relay_TypeDef relay; // 继电器控制实例 extern WifiModule_TypeDef wifi_module; // ESP8266 WiFi模块 extern MQTT_Client_TypeDef mqtt_client; // MQTT客户端 ​ // 定义全局变量 float pm25_value = 0.0; // 存储PM2.5浓度值 float noise_value = 0.0; // 存储噪声值 float temperature = 0.0; // 存储温度值 float humidity = 0.0; // 存储湿度值 ​ // 功能声明 void SystemClock_Config(void); void MX_GPIO_Init(void); void MX_USART1_UART_Init(void); void MX_I2C1_Init(void); void MX_SPI1_Init(void); ​ // 主程序 int main(void) { // 初始化硬件 HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); MX_I2C1_Init(); MX_SPI1_Init(); ​ // 初始化外设 LCD_Init(); // 初始化LCD显示屏 PM25_Init(&pm25_sensor); // 初始化PM2.5传感器 NoiseSensor_Init(&noise_sensor); // 初始化噪声传感器 SHT30_Init(&sht30_sensor); // 初始化SHT30温湿度传感器 Relay_Init(&relay); // 初始化继电器 Wifi_Init(&wifi_module); // 初始化WiFi模块 MQTT_Init(&mqtt_client); // 初始化MQTT客户端 ​ // 连接WiFi网络 if (Wifi_Connect(&wifi_module)) { printf("WiFi Connected.\n"); } else { printf("WiFi Connection Failed!\n"); } ​ // 连接MQTT服务器 if (MQTT_Connect(&mqtt_client)) { printf("MQTT Connected.\n"); } else { printf("MQTT Connection Failed!\n"); } ​ // 主循环 while (1) { // 1. 获取环境数据 pm25_value = PM25_Read(&pm25_sensor); // 读取PM2.5浓度 noise_value = NoiseSensor_Read(&noise_sensor); // 读取噪声值 SHT30_Read(&sht30_sensor, &temperature, &humidity); // 读取温湿度 ​ // 2. 显示数据到LCD LCD_Clear(); LCD_DisplayString("PM2.5: %.2f µg/m³", pm25_value); LCD_DisplayString("Noise: %.2f dB", noise_value); LCD_DisplayString("Temp: %.2f C", temperature); LCD_DisplayString("Humidity: %.2f %%", humidity); ​ // 3. 控制加湿器（如果PM2.5超标） if (pm25_value > 100.0) { // 如果PM2.5浓度超过100 µg/m³，启动加湿器 Relay_SetState(&relay, RELAY_ON); // 打开加湿器 } else { Relay_SetState(&relay, RELAY_OFF); // 关闭加湿器 } ​ // 4. 上传数据到云端 char payload[256]; snprintf(payload, sizeof(payload), "{\"pm25\": %.2f, \"noise\": %.2f, \"temperature\": %.2f, \"humidity\": %.2f}", pm25_value, noise_value, temperature, humidity); // 发布数据到MQTT服务器 MQTT_Publish(&mqtt_client, "environment/data", payload); ​ } } ​代码解析硬件初始化：在main()函数的开头，通过HAL_Init()初始化HAL库，然后调用各个硬件初始化函数初始化GPIO、串口、I2C和SPI接口。初始化LCD、PM2.5传感器、噪声传感器、SHT30传感器、WiFi模块和MQTT客户端。环境数据采集：使用传感器驱动函数（如PM25_Read()、NoiseSensor_Read()、SHT30_Read()）从相应的传感器获取PM2.5浓度、噪声值、温湿度值。数据展示：使用LCD显示模块在LCD上显示PM2.5、噪声、温湿度数据。加湿器控制：根据PM2.5浓度的阈值（如100 µg/m³），判断是否需要启动加湿器，通过Relay_SetState()函数控制继电器开关。数据上传：将读取的环境数据通过JSON格式上传至MQTT服务器。调用MQTT_Publish()将数据发布到指定的MQTT主题上。以上代码展示了如何将各个子模块（传感器、WiFi、MQTT、继电器等）整合在一个STM32项目中，完成实时环境监测、数据展示、数据上传和控制加湿器的功能。

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一、前言1.1 项目开发背景随着现代农业的发展和粮食储存规模的扩大，粮仓环境的智能化监控需求日益增长。传统的粮仓管理方式通常依赖人工检测和定期巡查，效率低下且容易出现疏漏，无法及时发现潜在问题，可能导致粮食受潮、霉变、虫害等损失。尤其在粮仓中，温度、湿度、气体浓度等环境参数对粮食的保存至关重要，科学管理这些参数能够显著提升粮食储存的质量和安全性。在粮仓的实际运行中，环境温度和湿度的异常变化可能导致粮食发霉或者干燥不足，而二氧化碳和一氧化碳等气体浓度的超标可能暗示粮仓内存在发酵、氧化或其他潜在的危害因素。此外，墙壁和角落的水汽问题，往往是粮仓受潮的主要原因之一，长期积水可能引发霉菌滋生，威胁储粮安全。因此，开发一套集成环境参数监测、智能预警和数据可视化的系统，能够实现粮仓环境的实时监控和远程管理，变得尤为重要。本项目基于STM32微控制器设计，结合温湿度传感器、气体检测模块、雨滴传感器以及WiFi通信技术，不仅实现对粮仓环境的全面监测，还支持数据上传至云端，通过网页端可视化大屏直观展示关键数据，为管理者提供决策依据。同时，系统具有异常报警功能和风扇控制功能，可以在检测到参数异常时，及时采取通风措施并发出警报，从而降低风险。这种高度集成的监测系统，不仅能够减少人工巡查的工作量，还能大幅提升粮仓管理的智能化水平，为粮食安全储存提供有力保障。当前项目使用的相关软件工具、传感器源代码工程已经上传到网盘（实时更新项目内容）：cid:link_01.2 设计实现的功能(1) 环境温湿度检测 通过SHT30温湿度传感器，实时采集粮仓内的环境温度和湿度数据，并上传至服务器进行监控。(2) 二氧化碳浓度检测 系统集成二氧化碳检测功能，可持续监测粮仓内的二氧化碳浓度，及时发现异常情况。(3) 墙壁水汽检测 使用雨滴传感器安装在粮仓墙壁或角落区域，检测是否存在水汽积聚，防止潮湿导致的霉变风险。(4) 通风风扇控制 通过继电器控制通风风扇，根据环境参数的变化，自动开启或关闭通风设备，实现有效的空气循环。(5) 一氧化碳可燃气体检测 采用MQ9气体传感器监测粮仓内的一氧化碳等可燃气体浓度，降低潜在的安全隐患。(6) 数据上云及可视化大屏显示 通过ESP8266 WiFi模块实现数据上传至服务器，服务器以Python作为后端，将设备端采集的数据传输到网页前端，用户可通过可视化大屏查看所有环境参数。(7) 异常报警 当检测到环境参数超出预设范围，系统会触发有源蜂鸣器报警，同时在可视化网页上显示警示信息，提醒管理者及时采取措施。(8) 远程监控与数据管理 支持远程访问功能，管理者可通过网页实时监控粮仓环境数据，历史数据也可追溯查看，便于科学管理和问题分析。1.3 项目硬件模块组成(1) 主控模块 STM32F103RCT6作为核心控制器，用于采集传感器数据、执行逻辑控制和数据传输。(2) 温湿度检测模块 SHT30温湿度传感器，用于监测粮仓内部环境的温度和湿度。(3) 二氧化碳检测模块 用于检测粮仓内二氧化碳浓度，确保空气质量符合储粮要求。(4) 水汽检测模块 雨滴传感器安装在墙壁或角落，用于检测是否有水汽或潮湿情况。(5) 可燃气体检测模块 MQ9传感器用于监测一氧化碳及其他可燃气体浓度，保障粮仓安全。(6) 通风风扇控制模块 继电器驱动模块控制通风风扇的启停，根据环境监测数据进行智能化通风操作。(7) WiFi通信模块 ESP8266-WIFI模块实现设备与服务器的无线通信，完成数据上传至云端。(8) 显示屏模块 采用SPI接口的LCD显示屏，用于本地实时显示粮仓环境参数和状态信息。(9) 蜂鸣器报警模块 高电平触发的有源蜂鸣器，用于当环境参数异常时发出声响报警。(10) 电源模块 为各个模块提供稳定的供电，确保系统的持续可靠运行。1.4 设计思路本项目设计一套基于STM32的粮仓环境监测系统，通过多种传感器采集粮仓环境的关键参数，实现数据实时监测、异常报警和智能化管理。整个设计思路围绕硬件搭建、数据处理与传输以及用户交互展开。硬件方面，选用STM32F103RCT6作为主控芯片，借助其丰富的外设接口和较强的处理能力，与SHT30温湿度传感器、MQ9可燃气体传感器、雨滴传感器等模块协同工作，实现粮仓环境温湿度、气体浓度、水汽状态的多维度数据采集。同时，通过继电器模块控制通风风扇，结合蜂鸣器实现环境调节和异常报警的功能。ESP8266 WiFi模块提供无线通信能力，将采集的数据上传至服务器，完成云端数据传输和管理。显示屏模块则用于本地显示关键数据，为管理者提供直观的信息反馈。数据处理和逻辑控制是设计的核心。在STM32控制器中，通过定时采集传感器数据并执行数据校验，将采集到的环境参数与预设的阈值进行比对。当检测到异常（如温湿度超标、气体浓度超限或水汽检测到问题）时，系统触发蜂鸣器报警，并通过继电器自动启动通风风扇。同时，将报警信息和实时参数通过WiFi模块上传到云端，便于远程管理。在数据传输与用户交互方面，服务器端采用Python开发后端，接收STM32上传的数据并存储。前端通过网页展示可视化大屏，实时呈现粮仓环境的温湿度、气体浓度及设备状态。当出现异常时，网页上以醒目的警告提示辅助蜂鸣器报警，使管理者能够快速定位问题。整个设计强调系统的可靠性与扩展性。模块化的硬件设计和合理的软件架构，不仅使系统在粮仓环境监测中具有实用性，还可以根据需求扩展其他监测功能，如虫害监控或视频监控，从而进一步提升粮仓管理的智能化水平。1.5 系统功能总结功能类别具体功能描述环境监测功能环境温度检测使用SHT30传感器实时监测粮仓内部温度。环境湿度检测使用SHT30传感器实时监测粮仓内部湿度。二氧化碳浓度检测检测粮仓内二氧化碳浓度，保证空气质量。一氧化碳及可燃气体检测通过MQ9传感器监测一氧化碳及其他可燃气体浓度，防范安全风险。水汽检测使用雨滴传感器监测墙壁或角落是否存在水汽积聚，防止潮湿问题。控制功能通风风扇控制通过继电器模块控制风扇启停，自动调节粮仓空气流通。报警功能蜂鸣器报警当检测到异常环境参数时，蜂鸣器发出声响警报。可视化报警数据上传至云端，在网页可视化大屏上显示警告信息。通信功能数据上云通过ESP8266 WiFi模块将环境参数上传至服务器，支持远程管理。显示功能本地数据显示使用SPI接口LCD屏显示实时的温湿度、气体浓度及设备状态信息。远程监控功能数据可视化在网页端以图表形式展示实时数据，用户可随时查看环境参数及设备状态。异常处理功能自动调节环境参数超标时，系统自动启动风扇等调节设备，并上传异常数据供管理者参考。历史数据管理数据存储与回溯服务器存储历史数据，用户可回溯查看，分析环境变化趋势并优化管理策略。1.8 模块的技术详情介绍【1】ESP8266模块ESP8266是一款低功耗、低成本的WiFi模块，广泛应用于物联网（IoT）项目中。它集成了WiFi无线通信功能，可以实现设备与互联网的无线连接，具有非常高的性价比。ESP8266模块的设计旨在简化无线网络的配置和连接过程，特别适合嵌入式系统和智能硬件应用。ESP8266模块基于Tensilica Xtensa架构的32位微处理器，并集成了WiFi协议栈、网络功能以及各种控制和通信接口，能够支持WiFi标准的IEEE 802.11 b/g/n协议。它内置有处理器、存储器、WiFi射频模块以及网络协议栈，支持通过AT命令或通过编程来控制和操作。用户可以通过编程将其嵌入到各种应用中，作为通信桥梁在微控制器和互联网之间进行数据传输。该模块通常包括多个版本，常见的有ESP-01、ESP-12E等，它们的差异主要体现在引脚数目、外部存储、天线设计等方面。ESP8266具有较强的处理能力，能够支持复杂的通信协议，并能够独立执行部分任务，无需外部微处理器的支持。它的主要功能是将嵌入式设备连接到WiFi网络，通过HTTP、MQTT、WebSocket等协议与云端进行数据交互和控制。在实际应用中，ESP8266模块通过串口（UART）与其他硬件设备进行通信，且其支持AT命令集，通过这些命令可以配置WiFi参数、控制网络连接、发送和接收数据。对于开发者来说，它的开发环境支持Arduino IDE、NodeMCU、PlatformIO等，极大地简化了开发流程。使用这些开发环境，开发者可以通过编程实现更复杂的功能，如数据采集、远程控制、智能家居应用等。ESP8266的低功耗特点使得它特别适合于物联网设备的应用。模块的工作电压范围为3.3V，虽然其本身的功耗较低，但在深度休眠模式下，功耗可以进一步降低到微安级别，从而延长电池寿命。这使得ESP8266在需要长期运行的无线传感器网络和便携式设备中具有广泛的应用。在物联网应用中，ESP8266常常用于实现设备与互联网的互联互通，能够通过WiFi协议将数据上传到云平台，如华为云、AWS、ThingSpeak等，实现数据存储、远程监控、控制和分析。在智能家居、智能农业、环境监控等领域，ESP8266作为通信模块发挥着至关重要的作用。ESP8266凭借其低成本、高集成度、强大的WiFi连接功能以及良好的开发支持，成为了物联网领域中最受欢迎的无线通信模块之一，尤其适用于需要无线连接的嵌入式设备和智能硬件项目。二、安装Python环境2.1 环境介绍操作系统: win10 64位python版本: 3.8IDE: 采用vscode用到的相关安装包下载地址: cid:link_02.2 Python版本介绍因为Python是跨平台的，它可以运行在Windows、Mac和各种Linux/Unix系统上。在Windows上写Python程序，放到Linux上也是能够运行的。要开始学习Python编程，首先就得把Python安装到你的电脑里。安装后，你会得到Python解释器（就是负责运行Python程序的），一个命令行交互环境，还有一个简单的集成开发环境。目前，Python有两个版本，一个是2.x版，一个是3.x版，这两个版本是不兼容的。由于3.x版越来越普及，后面就选择 3.x版本进行安装。三、设计后端服务器与前端页面编写一个后端服务器，使用Python的Flask框架来接受设备通过TCP协议上传的数据，并编写一个HTML网页来展示这些数据。3.1 编写后端服务器使用Python的socket模块来创建一个TCP服务器，用于接收设备上传的数据。使用Flask框架来创建一个Web应用，用于展示数据。import socket from flask import Flask, render_template, jsonify ​ # 初始化Flask应用 app = Flask(__name__) ​ # 全局变量保存最新上传的数据 data = { "temperature": None, "humidity": None, "co2": None, "water_vapor": None, "fan_status": None, "co_gas": None, "alert": None } ​ # TCP服务器处理设备端数据上传 def start_tcp_server(): host = '0.0.0.0' port = 5005 ​ server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) server_socket.bind((host, port)) server_socket.listen(5) print(f"Listening on {host}:{port}") while True: client_socket, addr = server_socket.accept() print(f"Connection from {addr}") try: while True: received_data = client_socket.recv(1024).decode("utf-8").strip() if not received_data: break # 如果没有数据，退出循环 print(f"Raw Data received: {received_data}") # 解析数据 try: values = received_data.split(',') if len(values) == 7: global data data["temperature"] = float(values[0]) data["humidity"] = float(values[1]) data["co2"] = float(values[2]) data["water_vapor"] = "Detected" if int(values[3]) == 1 else "Not Detected" data["fan_status"] = "ON" if int(values[4]) == 1 else "OFF" data["co_gas"] = float(values[5]) data["alert"] = "Triggered" if int(values[6]) == 1 else "Normal" # 打印解析后的数据 print(f"Parsed Data:") print(f" Temperature: {data['temperature']} °C") print(f" Humidity: {data['humidity']} %") print(f" CO2 Level: {data['co2']} ppm") print(f" Water Vapor: {data['water_vapor']}") print(f" Fan Status: {data['fan_status']}") print(f" CO Gas: {data['co_gas']} ppm") print(f" Alert: {data['alert']}") except Exception as e: print(f"Error parsing data: {e}") except Exception as e: print(f"Error handling client connection: {e}") finally: client_socket.close() ​ ​ # 启动TCP服务器线程 import threading threading.Thread(target=start_tcp_server, daemon=True).start() ​ # Web路由 @app.route('/') def index(): return render_template("index.html") ​ @app.route('/api/data') def get_data(): return jsonify(data) ​ if __name__ == "__main__": app.run(host="0.0.0.0", port=8080, debug=True)3.2 编写HTML网页使用Bootstrap框架来创建一个网页，用于展示设备上传的数据。网页命名为: index.html。 放在 templates目录下。<!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> <title>粮仓环境监测系统</title> <link rel="stylesheet" href="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.5.2/css/bootstrap.min.css"> <script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.5.1/jquery.min.js"></script> <script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/popper.js/1.16.0/umd/popper.min.js"></script> <script src="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.5.2/js/bootstrap.min.js"></script> <style> body { background-color: #121212; color: #fff; } .card { margin-top: 20px; background-color: #222; border: 1px solid #444; } .card-header { background-color: #007BFF; color: #fff; } .card-body { background-color: #fff; color: #000; } .table { margin-bottom: 0; } .table-bordered td, .table-bordered th { border: 1px solid #444; } .table th { background-color: #007BFF; color: #fff; } </style> </head> <body> <div class="container-fluid"> <div class="row"> <div class="col-md-6 offset-md-3"> <div class="card"> <div class="card-header"> <h3 class="text-center">粮仓环境监测数据</h3> </div> <div class="card-body"> <table class="table table-bordered"> <tbody> <tr> <td>温度</td> <td id="temperature"></td> </tr> <tr> <td>湿度</td> <td id="humidity"></td> </tr> <tr> <td>二氧化碳浓度</td> <td id="co2"></td> </tr> <tr> <td>水汽检测</td> <td id="water_vapor"></td> </tr> <tr> <td>风扇状态</td> <td id="fan_status"></td> </tr> <tr> <td>一氧化碳浓度</td> <td id="co_gas"></td> </tr> <tr> <td>报警状态</td> <td id="alert"></td> </tr> </tbody> </table> </div> </div> </div> </div> </div> <script> // 使用JavaScript获取数据并更新页面 function updateData() { $.getJSON('/api/data', function(data) { $('#temperature').text(data.temperature + ' °C'); $('#humidity').text(data.humidity + ' %'); $('#co2').text(data.co2 + ' ppm'); $('#water_vapor').text(data.water_vapor); $('#fan_status').text(data.fan_status); $('#co_gas').text(data.co_gas + ' ppm'); $('#alert').text(data.alert); }); } ​ // 每秒更新一次数据 setInterval(updateData, 1000); </script> </body> </html> ​3.3 文件摆放目录层次3.4 运行效果在VSCODE里调用Python运行服务器代码。网页运行效果：四、STM32代码设计4.1 框架概述初始化：初始化所有的硬件和软件组件数据采集：从各种传感器（如SHT30、MQ9等）读取数据。数据处理：处理采集到的数据，例如转换单位、计算平均值等。数据上传：通过WiFi模块（ESP8266）将数据上传到服务器。控制逻辑：根据采集到的数据执行相应的控制逻辑，控制风扇、蜂鸣器。4.2 关键代码1. 初始化#include "stm32f10x.h" #include "sht30.h" #include "mq9.h" #include "wifi.h" #include "buzzer.h" #include "fan.h" #include "rain_sensor.h" ​ int main(void) { // 初始化所有模块 GPIO_Init(); UART_Init(); SPI_Init(); I2C_Init(); SHT30_Init(); MQ9_Init(); WIFI_Init(); Buzzer_Init(); Fan_Init(); RainSensor_Init(); ​ // 主循环 while (1) { // 数据采集 float temperature = SHT30_GetTemperature(); float humidity = SHT30_GetHumidity(); float co2 = MQ9_GetCO2(); int water_vapor = RainSensor_GetStatus(); int fan_status = Fan_GetStatus(); float co_gas = MQ9_GetCO(); int alert = GetAlertStatus(temperature, humidity, co2, water_vapor, fan_status, co_gas); ​ // 数据处理 // ... ​ // 数据上传 char data_str[100]; sprintf(data_str, "%.2f,%.2f,%.2f,%d,%d,%.2f,%d", temperature, humidity, co2, water_vapor, fan_status, co_gas, alert); WIFI_SendData(data_str); ​ // 控制逻辑 // ... ​ } }2. 数据采集// 从SHT30读取温度和湿度 float SHT30_GetTemperature() { // 发送测量命令 SHT30_SendCommand(SHT30_MEASURE_HIGHREP); ​ // 等待测量完成 Delay_ms(50); ​ // 读取数据 uint16_t raw_data = SHT30_ReadData(); ​ // 转换为温度值 float temperature = SHT30_CalculateTemperature(raw_data); ​ return temperature; } ​ float SHT30_GetHumidity() { // 发送测量命令 SHT30_SendCommand(SHT30_MEASURE_HIGHREP); ​ // 等待测量完成 Delay_ms(50); ​ // 读取数据 uint16_t raw_data = SHT30_ReadData(); ​ // 转换为湿度值 float humidity = SHT30_CalculateHumidity(raw_data); ​ return humidity; } ​ // 从MQ9读取CO2浓度 float MQ9_GetCO2() { // 读取ADC值 uint16_t adc_value = ADC_GetValue(MQ9_CHANNEL); ​ // 转换为CO2浓度 float co2 = MQ9_CalculateCO2(adc_value); ​ return co2; } ​ // 从雨滴传感器读取状态 int RainSensor_GetStatus() { // 读取GPIO状态 int status = GPIO_ReadInputDataBit(RAIN_SENSOR_PIN); ​ return status; }3. 数据处理// 根据采集到的数据计算报警状态 int GetAlertStatus(float temperature, float humidity, float co2, int water_vapor, int fan_status, float co_gas) { // 报警条件 if (temperature > 30 || humidity > 70 || co2 > 1000 || water_vapor == 1 || fan_status == 0 || co_gas > 50) { return 1; // 报警 } else { return 0; // 正常 } }4. 数据上传// 通过WiFi模块发送数据 void WIFI_SendData(char *data) { // 发送数据 // ... }5. 控制逻辑// 根据报警状态控制蜂鸣器 void ControlBuzzer(int alert) { if (alert) { Buzzer_On(); } else { Buzzer_Off(); } } ​ // 根据报警状态控制风扇 void ControlFan(int alert) { if (alert) { Fan_Off(); } else { Fan_On(); } }五、总结本项目设计一个基于STM32的粮食仓库环境监测系统，以实现对仓库内环境参数的实时监测和控制。通过多种传感器（如SHT30、MQ9等）采集环境数据，并通过WiFi模块将数据上传至服务器，最终在可视化网页上展示数据。系统支持多种功能，包括环境温度、湿度检测，二氧化碳浓度检测，墙壁水汽检测，通风风扇控制，一氧化碳可燃气体检测，数据上云以及可视化大屏显示等。主要功能环境监测：实时监测环境温度、湿度、二氧化碳浓度、水汽检测、一氧化碳浓度等参数。通过SHT30传感器获取温度和湿度数据。通过MQ9传感器检测二氧化碳和一氧化碳浓度。通过雨滴传感器检测墙壁水汽。数据上传：设备端的数据通过WiFi连接服务器上传数据。使用ESP8266-WIFI模块实现数据传输。可视化展示：通过网页可视化大屏进行展示数据。使用Flask作为后端服务器，接收设备端上传的数据，并在网页上展示。控制逻辑：根据采集到的数据执行相应的控制逻辑，例如控制风扇、蜂鸣器等。当环境参数不符合要求时，通过蜂鸣器报警，并在可视化页面上展示提示。硬件选型主控芯片：STM32F103RCT6温湿度传感器：SHT30可燃气体检测模块：MQ9通风风扇控制：继电器WiFi模块：ESP8266-WIFI模块显示屏：SPI接口的LCD显示屏水汽检测：雨滴传感器蜂鸣器：高电平触发的有源蜂鸣器软件设计使用C语言编写STM32代码，实现数据采集、处理和上传。使用Python编写服务器端代码，接收设备端上传的数据，并在网页上展示。使用Flask框架搭建Web服务器，提供HTTP接口供前端页面访问。

一、前言当前项目使用的相关软件工具、传感器源代码工程已经上传到网盘（实时更新项目内容）：cid:link_01.1 项目开发背景近年来，随着城市化进程的加快和工业活动的增加，工地扬尘和噪声污染问题日益严重。扬尘不仅会对大气质量造成影响，进而危害人类健康，还可能加剧区域性的环境问题。而施工过程中产生的噪声污染，则直接影响周边居民的生活质量，甚至对工人自身的身体健康造成危害。加强对工地扬尘与噪声的实时监测与控制，成为了环保治理和施工管理的重要方向。传统的监测方式主要依赖于定点采样和手动记录，效率低下，且难以实现实时性和广覆盖。而基于现代物联网技术的智能监测方案，不仅能够提高监测效率，还能实现远程数据访问和动态控制，极大地提升了治理效果。因此，设计一套基于STM32的工地扬尘与噪音实时监测系统，具有重要的实际应用价值。本项目开发一套能够实时监测PM2.5浓度和环境噪声的系统，并通过集成显示、网络传输和自动控制功能，为工地的环保治理提供智能化的解决方案。利用夏普PM2.5传感器和噪声检测模块实现对空气质量和噪声的采集，通过STM32F103RCT6主控芯片进行数据处理，并通过ESP8266模块将监测数据上传到服务器，为远程管理提供支持。同时，系统集成了加湿器控制功能，当检测到粉尘浓度超标时，自动启动加湿器喷洒水雾，降低粉尘浓度，从而对环境污染进行有效控制。本系统不仅支持在LCD显示屏上实时显示监测数据，还支持通过TCP协议上传数据，并借助Flask框架开发的网页应用实现可视化展示，方便用户随时随地查看和分析数据。整体设计以高效、便捷、低成本为目标，为施工环境的实时监测和治理提供了可靠的技术支持。1.2 设计实现的功能(1) PM2.5含量检测：系统通过夏普PM2.5检测传感器实时监测空气中的PM2.5含量，并将数据传输给主控芯片STM32F103RCT6进行处理。(2) 噪声检测：使用模拟量输出的噪声检测传感器，通过电压输出反映环境噪声的大小，STM32F103RCT6对噪声信号进行采集和处理。(3) LCD显示屏实时数据显示：系统配备1.44寸的LCD显示屏，本地实时显示检测到的PM2.5、噪声、温湿度等环境数据。(4) Web应用数据可视化：通过Python的socket模块创建TCP服务器，接收设备上传的数据，使用Flask框架开发Web应用，展示实时监测数据。用户可以通过浏览器访问系统，查看各项环境指标。(5) WIFI+TCP协议数据传输：设备端通过ESP8266模块实现WIFI连接，采用TCP协议将监测数据传输到服务器，确保数据实时传递和远程监控。(6) 加湿系统控制：当PM2.5含量超出预定范围时，系统会自动启用继电器控制的加湿器，通过喷洒水雾降低空气中灰尘的含量，从而改善空气质量。(7) 温湿度检测：使用SHT30温湿度传感器检测环境的温度和湿度信息，主控芯片STM32F103RCT6处理后显示在LCD屏幕上，并上传到Web应用进行展示。1.3 项目硬件模块组成(1) 空气质量检测模块采用夏普PM2.5检测传感器，用于检测空气中的PM2.5含量。传感器将数据转化为电信号，STM32读取并处理数据。(2) 噪声检测模块使用模拟量输出的噪声检测传感器，传感器输出电压信号与声音的大小成正比，STM32通过ADC接口采集并分析噪声数据。(3) LCD显示模块使用1.44寸的LCD显示屏，实时显示空气质量、噪声、温湿度等数据。通过STM32的SPI接口与LCD连接，显示系统监测的各项指标。(4) 温湿度检测模块使用SHT30模块来测量环境的温度和湿度。该模块通过I2C接口与STM32连接，STM32读取数据并显示或传输到服务器。(5) 加湿器控制模块使用继电器控制加湿器。当PM2.5超过预设范围时，STM32控制继电器打开加湿器，对空气进行喷水，降低灰尘浓度。继电器通过数字输出控制，STM32负责监测和决策。(6) WIFI通信模块使用ESP8266模块进行WIFI通信，传输传感器数据至服务器。ESP8266与STM32通过串口进行数据交换，将数据通过TCP协议发送给远程服务器。(7) 主控模块使用STM32F103RCT6作为主控芯片，负责整个系统的控制、数据采集和处理。STM32连接所有传感器模块，处理数据并通过WIFI模块将数据上传到服务器。(8) 电源模块使用USB接口为系统提供电力，通过USB供电模块转化为系统所需的电压（如5V），为主控芯片和传感器提供稳定电源。(9) 服务器端通信模块使用Python的Socket模块在服务器端建立TCP服务器，接收设备上传的数据。数据通过WIFI传输，最终传递给Flask Web应用进行可视化展示。(10) Web应用模块使用Flask框架开发Web应用，用于展示数据。Flask应用接收从TCP服务器获取的传感器数据，并通过浏览器展示实时监控的数据。1.4 设计思路本项目的设计思路主要分为硬件选型、数据采集与处理、通信方式、控制系统以及可视化展示几个方面。在硬件选型上，考虑到项目的需求和稳定性，我们选择了STM32F103RCT6作为主控芯片，它具备强大的处理能力和丰富的外设接口，适合处理多种传感器的数据采集与控制任务。为了监测空气质量，选择了夏普PM2.5传感器，该传感器能精确测量空气中的PM2.5含量，通过模拟信号输出，STM32通过ADC采集数据并进行处理。噪声检测则采用了模拟输出噪声传感器，噪声强度通过电压信号体现，STM32通过相应的接口读取数据。环境温湿度的检测选用了SHT30模块，通过I2C接口读取温湿度数据。加湿器控制通过继电器实现，当PM2.5超标时，STM32发出信号启动继电器，控制加湿器进行加湿操作。数据采集与处理方面，STM32负责读取所有传感器的数据并进行必要的处理。通过模拟信号输入的噪声传感器和PM2.5传感器数据，STM32会对其进行实时监测，根据设定的阈值判断是否启动加湿器。当PM2.5值超过预设的安全范围时，STM32会控制继电器开启加湿器，以降低空气中的粉尘浓度，保证环境的安全性。环境温湿度数据则会被实时采集并传送给显示屏和服务器端，确保数据的准确性与实时性。在通信方式上，采用ESP8266模块为系统提供WIFI功能，方便数据远程传输。通过TCP协议，设备端将实时采集到的数据通过ESP8266传送到服务器，确保数据可以及时传输到远程服务器端，供后续的数据分析和可视化展示使用。STM32和ESP8266通过串口进行数据交换，确保数据传输的稳定性和效率。在控制系统方面，STM32不仅负责采集和处理数据，还承担了整个系统的控制任务。例如，在检测到PM2.5超过安全阈值时，STM32会自动启动继电器控制加湿器，确保空气质量得到改善。温湿度数据和噪声数据则持续监测和更新，在LCD显示屏上实时反馈。数据的可视化展示是本项目的一项重要功能。通过Flask框架，设计了一个Web应用，服务器接收从设备端传输的数据后，通过浏览器进行可视化展示，用户可以通过PC或手机端实时查看工地的空气质量、噪声强度、温湿度等数据。这部分的设计使用了Python的Socket模块来接收来自设备的数据，并使用Flask框架生成网页，展现实时数据，进一步提高了监测系统的实用性和便捷性。本项目通过合理的硬件选型、数据采集与处理方式、通信手段和控制策略，打造了一个高效且实时的工地扬尘与噪音监测系统，为环境监控提供了强大的技术支持。1.5 系统功能总结功能模块功能描述空气质量检测采用夏普PM2.5传感器，实时检测空气中的PM2.5含量。噪声检测使用模拟量输出噪声传感器，检测环境中的噪声强度并通过电压信号反馈。LCD显示屏显示通过1.44寸LCD显示屏实时显示PM2.5含量、噪声值、温湿度等数据。温湿度检测采用SHT30模块实时监测环境温度和湿度，通过I2C接口将数据传输给STM32并显示。加湿器控制当PM2.5浓度超过预设范围时，系统自动启动继电器控制加湿器喷洒水雾，减少空气中的粉尘浓度。数据传输设备通过ESP8266模块连接WIFI，将实时采集的数据通过TCP协议传输至服务器端。远程数据监控使用Python的Socket模块和Flask框架创建Web应用，浏览器可以实时查看传感器数据的可视化界面。系统控制STM32主控芯片负责数据采集、处理和控制任务，保证系统的正常运行和数据传输。电源管理通过USB接口提供电源，为系统供电，确保稳定运行。1.8 模块的技术详情介绍【1】ESP8266模块ESP8266是一款低功耗、低成本的WiFi模块，广泛应用于物联网（IoT）项目中。它集成了WiFi无线通信功能，可以实现设备与互联网的无线连接，具有非常高的性价比。ESP8266模块的设计旨在简化无线网络的配置和连接过程，特别适合嵌入式系统和智能硬件应用。ESP8266模块基于Tensilica Xtensa架构的32位微处理器，并集成了WiFi协议栈、网络功能以及各种控制和通信接口，能够支持WiFi标准的IEEE 802.11 b/g/n协议。它内置有处理器、存储器、WiFi射频模块以及网络协议栈，支持通过AT命令或通过编程来控制和操作。用户可以通过编程将其嵌入到各种应用中，作为通信桥梁在微控制器和互联网之间进行数据传输。该模块通常包括多个版本，常见的有ESP-01、ESP-12E等，它们的差异主要体现在引脚数目、外部存储、天线设计等方面。ESP8266具有较强的处理能力，能够支持复杂的通信协议，并能够独立执行部分任务，无需外部微处理器的支持。它的主要功能是将嵌入式设备连接到WiFi网络，通过HTTP、MQTT、WebSocket等协议与云端进行数据交互和控制。在实际应用中，ESP8266模块通过串口（UART）与其他硬件设备进行通信，且其支持AT命令集，通过这些命令可以配置WiFi参数、控制网络连接、发送和接收数据。对于开发者来说，它的开发环境支持Arduino IDE、NodeMCU、PlatformIO等，极大地简化了开发流程。使用这些开发环境，开发者可以通过编程实现更复杂的功能，如数据采集、远程控制、智能家居应用等。ESP8266的低功耗特点使得它特别适合于物联网设备的应用。模块的工作电压范围为3.3V，虽然其本身的功耗较低，但在深度休眠模式下，功耗可以进一步降低到微安级别，从而延长电池寿命。这使得ESP8266在需要长期运行的无线传感器网络和便携式设备中具有广泛的应用。在物联网应用中，ESP8266常常用于实现设备与互联网的互联互通，能够通过WiFi协议将数据上传到云平台，如华为云、AWS、ThingSpeak等，实现数据存储、远程监控、控制和分析。在智能家居、智能农业、环境监控等领域，ESP8266作为通信模块发挥着至关重要的作用。ESP8266凭借其低成本、高集成度、强大的WiFi连接功能以及良好的开发支持，成为了物联网领域中最受欢迎的无线通信模块之一，尤其适用于需要无线连接的嵌入式设备和智能硬件项目。【2】TCP协议TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的传输层协议，它位于OSI七层模型中的传输层。TCP协议主要用于在计算机网络中实现可靠的数据传输，它保证了数据的正确性和顺序性，适用于对数据传输质量要求较高的应用场景，如网页浏览、文件传输和实时数据交换。TCP协议的核心特性是可靠性和有序性。在TCP连接中，发送方和接收方建立了一个可靠的连接，确保数据能够按顺序到达接收方。TCP通过使用数据包的序列号来确保数据的顺序性，并通过校验和机制来检测数据传输过程中的错误。如果在传输过程中出现丢包或错误，接收方会请求重传，保证数据传输的完整性。建立TCP连接时，采用了三次握手（three-way handshake）过程。首先，客户端发送一个SYN（同步）包，表示请求连接；然后，服务器回应一个SYN-ACK（同步应答）包，表示同意连接并回送确认信息；最后，客户端发送一个ACK（确认）包，完成连接的建立。这个过程确保了双方都准备好进行数据传输。连接建立后，双方就可以开始数据的双向传输了。在数据传输过程中，TCP采用流量控制和拥塞控制机制。流量控制通过调整发送窗口的大小，确保发送方不会超过接收方的处理能力；而拥塞控制则通过动态调整发送速度，避免过多的数据包在网络中引发拥塞，从而提高网络的整体性能。TCP的拥塞控制通常使用四种算法：慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复，来有效地应对网络的波动。此外，TCP协议还提供了端到端的连接管理。每个TCP连接都由一个四元组唯一标识：源IP地址、源端口号、目的IP地址和目的端口号。通过这个四元组，数据可以精确地发送到网络中的特定应用程序。TCP协议通过序列号和确认号来跟踪和控制数据的传输，保证数据的可靠传送并解决丢包和乱序的问题。TCP连接的关闭也需要经过四次挥手（four-way handshake）。当传输完成后，任一一方可以主动发起连接关闭请求。首先，发送方发送一个FIN（结束）包，表示数据发送完毕；接收方确认收到FIN包后，返回一个ACK包；接着，接收方发送一个FIN包，表示它也已经准备好关闭连接；最后，发送方返回ACK包，确认连接关闭。通过这种方式，TCP确保了双方在完全断开连接前能够完成数据的最终传输。TCP协议是实现可靠通信的基石，尤其适合需要高可靠性和数据完整性的应用。虽然TCP相比于UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）在性能上存在一定的开销，但其可靠的数据传输机制、流量控制、拥塞控制以及顺序保证使得它在需要保证数据完整和正确的场景中成为首选协议。【3】SHT30温湿度模块SHT30温湿度模块是一款由Sensirion公司生产的数字化温湿度传感器模块，采用I2C接口进行数据传输，广泛应用于环境监测、气象站、家居智能系统等领域。SHT30模块具有高精度、高稳定性和低功耗的特点，适合需要精确温湿度数据采集的应用场景。SHT30模块的工作原理基于湿度传感器和温度传感器的组合。它通过电容式湿度传感元件和半导体温度传感器来测量环境的温度和湿度。当传感器采集到温湿度数据后，会将数据通过I2C协议发送到主控芯片（如STM32、Arduino等）。SHT30能够提供高达±2%相对湿度和±0.3°C的温度精度，确保在多种环境条件下都能稳定可靠地工作。在通信方面，SHT30模块采用I2C总线协议，这使得它与主控芯片的连接变得简单方便。I2C协议是一种双向串行数据传输协议，允许多个设备共用两根数据线（SDA和SCL），使得传感器的连接和控制更加高效。通过I2C总线，主控芯片可以发出命令来启动温湿度测量操作，接收测量结果。SHT30模块支持不同的工作模式，包括单次测量模式和周期性测量模式，用户可以根据需要选择合适的模式进行配置。SHT30模块的优势之一是其低功耗设计，适用于对能耗有较高要求的场合。在正常工作模式下，SHT30的功耗非常低，适合长时间运行而不会消耗大量电池电量，这使得它成为物联网（IoT）设备和可穿戴设备中的常见选择。它还支持宽广的工作电压范围（2.4V至5.5V），适用于不同电压等级的应用场景。除了高精度和低功耗，SHT30模块还具有较强的抗干扰能力和稳定性。它采用了先进的封装和温湿度传感技术，能够在高湿度、高温度等恶劣环境下稳定工作，并且提供长期的可靠数据输出。对于需要在复杂环境中工作的应用，SHT30能够有效地避免因环境变化而引起的测量误差。SHT30温湿度模块是一款性能优异、易于使用的传感器，它能够提供准确、稳定的温湿度数据，广泛应用于各种智能监测和控制系统中。通过I2C接口与主控芯片进行数据交换，用户能够方便地采集到环境的温湿度信息，进而实现精准的环境监测与调节。二、安装Python环境2.1 环境介绍操作系统: win10 64位python版本: 3.8IDE: 采用vscode用到的相关安装包下载地址: cid:link_0三、设计后端服务器与前端页面3.1 Python后端代码（http_server.py）import socket from flask import Flask, render_template, jsonify ​ # 初始化Flask应用 app = Flask(__name__) ​ # 全局变量保存最新上传的数据 data = { "pm25": None, "noise": None, "temperature": None, "humidity": None, "humidifier_status": None } ​ # TCP服务器处理设备端数据上传 def start_tcp_server(): host = '0.0.0.0' port = 5005 ​ server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) server_socket.bind((host, port)) server_socket.listen(5) print(f"Listening on {host}:{port}") while True: client_socket, addr = server_socket.accept() print(f"Connection from {addr}") try: while True: received_data = client_socket.recv(1024).decode("utf-8").strip() if not received_data: break # 如果没有数据，退出循环 print(f"Raw Data received: {received_data}") # 解析数据 try: values = received_data.split(',') if len(values) == 5: global data data["pm25"] = float(values[0]) data["noise"] = float(values[1]) data["temperature"] = float(values[2]) data["humidity"] = float(values[3]) data["humidifier_status"] = "ON" if int(values[4]) == 1 else "OFF" # 打印解析后的数据 print(f"Parsed Data:") print(f" PM2.5: {data['pm25']} μg/m³") print(f" Noise: {data['noise']} dB") print(f" Temperature: {data['temperature']} °C") print(f" Humidity: {data['humidity']} %") print(f" Humidifier Status: {data['humidifier_status']}") except Exception as e: print(f"Error parsing data: {e}") except Exception as e: print(f"Error handling client connection: {e}") finally: client_socket.close() ​ # 启动TCP服务器线程 import threading threading.Thread(target=start_tcp_server, daemon=True).start() ​ # Web路由 @app.route('/') def index(): return render_template("index.html") ​ @app.route('/api/data') def get_data(): return jsonify(data) ​ if __name__ == "__main__": app.run(host="0.0.0.0", port=8080, debug=True)3.2 HTML前端代码（index.html）<!DOCTYPE html> <html lang="zh"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> <title>工地扬尘与噪音监测系统</title> <link rel="stylesheet" href="style.css"> <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/chart.js"></script> <!-- 图表库 --> <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/echarts@5.4.2/dist/echarts.min.js"></script> <!-- ECharts图表库 --> </head> <body> <div class="container"> <header> <h1>工地扬尘与噪音实时监测系统</h1> </header> ​ <section class="dashboard"> <!-- PM2.5 --> <div class="card pm25"> <h2>PM2.5含量</h2> <div id="pm25-value">0</div> <canvas id="pm25-chart"></canvas> </div> ​ <!-- 噪音 --> <div class="card noise"> <h2>噪声水平</h2> <div id="noise-value">0</div> <canvas id="noise-chart"></canvas> </div> ​ <!-- 温湿度 --> <div class="card temp-humidity"> <h2>温湿度</h2> <div id="temp-humidity-value">温度: 0°C 湿度: 0%</div> </div> ​ <!-- 加湿器状态 --> <div class="card humidifier"> <h2>加湿器状态</h2> <div id="humidifier-status">关闭</div> <button id="humidifier-toggle">切换加湿器</button> </div> </section> ​ <footer> <p>监测数据由STM32系统提供</p> </footer> </div> ​ <script src="script.js"></script> </body> </html> ​3.3 style.css文件/* 通用样式 */ * { margin: 0; padding: 0; box-sizing: border-box; } ​ body { font-family: Arial, sans-serif; background-color: #2c3e50; color: #ecf0f1; display: flex; flex-direction: column; justify-content: center; align-items: center; height: 100vh; } ​ .container { width: 90%; max-width: 1200px; margin: 0 auto; } ​ header { text-align: center; margin-bottom: 20px; } ​ header h1 { font-size: 3em; color: #1abc9c; } ​ .dashboard { display: grid; grid-template-columns: repeat(2, 1fr); gap: 20px; margin-top: 20px; } ​ .card { background-color: #34495e; padding: 20px; border-radius: 10px; text-align: center; box-shadow: 0 0 10px rgba(0, 0, 0, 0.1); } ​ .card h2 { font-size: 1.5em; margin-bottom: 10px; } ​ .card div { font-size: 2em; margin-top: 10px; } ​ footer { margin-top: 20px; text-align: center; font-size: 1em; color: #7f8c8d; } ​ /* 图表样式 */ canvas { max-width: 100%; height: 200px; margin-top: 20px; } ​ #pm25-value, #noise-value, #temp-humidity-value, #humidifier-status { font-size: 1.5em; font-weight: bold; color: #f39c12; }3.4 script.js 文件// 获取数据并更新页面内容 function updateData(data) { // 更新PM2.5 const pm25Value = document.getElementById('pm25-value'); pm25Value.textContent = `${data.pm25} µg/m³`; updatePM25Chart(data.pm25); ​ // 更新噪声 const noiseValue = document.getElementById('noise-value'); noiseValue.textContent = `${data.noise} dB`; updateNoiseChart(data.noise); ​ // 更新温湿度 const tempHumidityValue = document.getElementById('temp-humidity-value'); tempHumidityValue.textContent = `${data.temp}°C / ${data.humidity}%`; ​ // 更新加湿器状态 const humidifierStatus = document.getElementById('humidifier-status'); humidifierStatus.textContent = data.humidifier === 1 ? '开启' : '关闭'; } ​ // 更新PM2.5图表 function updatePM25Chart(pm25) { const pm25Chart = document.getElementById('pm25-chart').getContext('2d'); const chart = new Chart(pm25Chart, { type: 'bar', data: { labels: ['PM2.5'], datasets: [{ label: 'PM2.5含量', data: [pm25], backgroundColor: 'rgba(46, 204, 113, 0.6)', borderColor: 'rgba(46, 204, 113, 1)', borderWidth: 1 }] }, options: { responsive: true, scales: { y: { beginAtZero: true, max: 300 } } }); } ​ // 更新噪声图表 function updateNoiseChart(noise) { const noiseChart = document.getElementById('noise-chart').getContext('2d'); const chart = new Chart(noiseChart, { type: 'line', data: { labels: ['噪声'], datasets: [{ label: '噪声级别', data: [noise], borderColor: 'rgba(241, 196, 15, 1)', backgroundColor: 'rgba(241, 196, 15, 0.3)', borderWidth: 1 }] }, options: { responsive: true, scales: { y: { beginAtZero: true, max: 120 } } }); } ​ // 从服务器获取数据 function fetchData() { // 从服务器接收数据，您可以替换为从实际服务器获取 const mockData = { pm25: 65, noise: 80, temp: 25.3, humidity: 40, humidifier: 1 }; ​ updateData(mockData); } ​ // 每5秒获取一次数据 setInterval(fetchData, 5000); ​ // 初始化页面 fetchData();3.5 运行效果四、STM32代码设计在main.c文件中，进行必要的初始化，包括传感器、WIFI模块和USART接口，然后循环采集数据并通过TCP协议传输给服务器。#include "stm32f1xx_hal.h" #include "string.h" #include "stdio.h" #include "esp8266.h" // 假设ESP8266模块的驱动函数已编写 #include "pm25_sensor.h" // 假设PM2.5传感器的接口函数已编写 #include "noise_sensor.h" // 假设噪声传感器的接口函数已编写 #include "sht30.h" // 假设SHT30温湿度模块的接口函数已编写 ​ #define SERVER_IP "192.168.1.100" // 服务器IP地址 #define SERVER_PORT 8080 // 服务器端口 ​ // 函数声明 void SystemClock_Config(void); static void MX_GPIO_Init(void); static void MX_USART1_UART_Init(void); void send_data_to_server(char *data); ​ int main(void) { // 初始化硬件资源 HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); ​ // 初始化ESP8266模块（假设该模块已初始化完毕） ESP8266_Init(); ​ // 初始化传感器（假设各传感器模块已初始化完毕） PM25_Init(); NoiseSensor_Init(); SHT30_Init(); ​ // 数据传输字符串 char data_buffer[100]; ​ while (1) { // 获取PM2.5数据 int pm25_value = PM25_ReadData(); ​ // 获取噪声数据 int noise_value = NoiseSensor_ReadData(); ​ // 获取温湿度数据 float temperature = SHT30_ReadTemperature(); float humidity = SHT30_ReadHumidity(); ​ // 获取加湿器开关状态（此处为模拟，如果有实际的继电器控制，请替换为实际代码） int humidifier_status = (pm25_value > 100) ? 1 : 0; ​ // 格式化数据字符串 snprintf(data_buffer, sizeof(data_buffer), "#%d,%d,%.1f,%.1f,%d\r\n", pm25_value, noise_value, temperature, humidity, humidifier_status); ​ // 发送数据到服务器 send_data_to_server(data_buffer); } } ​ void send_data_to_server(char *data) { // 通过ESP8266模块发送数据（假设ESP8266已经建立TCP连接） ESP8266_SendData(SERVER_IP, SERVER_PORT, data); } ​ void SystemClock_Config(void) { // 系统时钟配置代码（根据具体的硬件平台来配置） } ​ static void MX_GPIO_Init(void) { // GPIO初始化代码 } ​ static void MX_USART1_UART_Init(void) { // UART初始化代码，用于ESP8266与STM32通信 USART1_Init(); }硬件初始化：HAL_Init()：初始化硬件抽象层。SystemClock_Config()：系统时钟配置函数，通常根据具体硬件平台进行配置。MX_GPIO_Init() 和 MX_USART1_UART_Init()：分别用于初始化GPIO和USART接口，这里USART1用于与ESP8266模块通信。传感器初始化：PM25_Init()、NoiseSensor_Init() 和 SHT30_Init()分别初始化PM2.5传感器、噪声传感器和温湿度模块。假设这些模块已经在其他地方编写好，并且能够提供相关数据。数据采集：PM25_ReadData()：从PM2.5传感器读取PM2.5数据。NoiseSensor_ReadData()：从噪声传感器读取噪声数据。SHT30_ReadTemperature() 和 SHT30_ReadHumidity()：分别获取环境的温度和湿度数据。加湿器控制：humidifier_status变量控制加湿器的开关状态。当PM2.5浓度超过100时（这里是模拟阈值，实际值可根据需求调整），加湿器开启，状态为1；否则，状态为0。数据格式化与发送：使用snprintf格式化数据为符合要求的字符串：#PM2.5含量,噪声检测,环境温度,湿度检测,加湿器开关状态\r\n。send_data_to_server(data_buffer)：通过ESP8266模块发送数据至服务器。ESP8266_SendData是与ESP8266通信的假设函数，具体的发送逻辑需要根据ESP8266的驱动进行实现。五、总结本项目设计了一个基于STM32的工地扬尘与噪音实时监测系统，通过集成多个传感器模块，实现了对工地环境中PM2.5、噪声、温湿度等参数的实时监控。系统通过无线通信技术（ESP8266模块）将数据上传至服务器，并通过Web界面进行可视化展示，方便用户进行远程监控和数据分析。加湿器控制功能也被集成到系统中，通过继电器控制加湿器来减少空气中的粉尘，确保环境的安全和健康。在硬件方面，系统选择了适合的传感器模块，如夏普PM2.5传感器、噪声传感器、SHT30温湿度模块等，以确保数据采集的准确性与稳定性。STM32F103RCT6作为主控芯片，承担着数据采集、处理和控制任务，通过I2C和SPI接口与各个模块进行连接与通信，确保系统的高效运行。通过WIFI模块ESP8266实现数据的远程传输，使得系统具备了实时监控和远程管理的能力。在软件和通信部分，系统采用了TCP协议和Flask框架，通过Web浏览器展示实时数据，为用户提供了便捷的操作界面。Python的Socket模块用于建立TCP连接，确保设备与服务器之间的数据传输稳定可靠。通过这些设计，用户可以方便地获取工地环境的实时数据，并根据需求进行进一步的分析和处理。通过该系统的设计与实现，不仅能实时监测工地环境的空气质量、噪声水平、温湿度等关键指标，还能通过智能控制（如加湿器）改善环境条件，提高工地工作人员的工作环境安全性。未来，该系统可以进一步扩展功能，如加入更多环境参数的监测、支持多种通信方式、增强数据分析功能等，以应对更复杂的实际应用场景。本项目实现了一个高效、实时、可视化的环境监控系统，展示了STM32在物联网和智能监测领域的广泛应用潜力。通过硬件和软件的有机结合，系统不仅满足了当前工地扬尘与噪音监测的需求，还为类似的环境监控系统提供了可参考的设计思路和技术实现。

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