基于STM32的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) (esp8266)

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1、研究背景與意義

隨著互聯(lián)網(wǎng)通信和電子科技的飛速發(fā)展，人們的生活方式也發(fā)生了革命性變化?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步帶來了新時(shí)代的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在人們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。

在現(xiàn)實(shí)中，運(yùn)用單片機(jī)控制的系統(tǒng)已經(jīng)在人們的生活中有所普及，比如交通信號(hào)燈或者心率健康檢測等。若沒有專業(yè)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，人們的日常生活將會(huì)受到很大的影響，環(huán)境也是諸多病癥的組成因素之一，而這種環(huán)境的過渡變化人體很難第一時(shí)間進(jìn)行察覺，但潛移默化中會(huì)對(duì)身體造成或多或少的影響?？偟膩碚f，環(huán)境檢測可以統(tǒng)計(jì)環(huán)境變化趨勢、預(yù)測可能出現(xiàn)的環(huán)境問題，提供有用的環(huán)境資源，早一步避免人力、財(cái)力的損失，達(dá)到趨利避害的效果。

因此，設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境檢測系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義。與此同時(shí)，良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量有助于調(diào)動(dòng)員工的積極性，提高工作效率百分之十左右?？偟膩碚f，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲得氣體濃度數(shù)據(jù)并進(jìn)行檢測操作對(duì)于舒適的居住環(huán)境和良好的工作氛圍等都有著重要意義。

2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

早期，一些發(fā)達(dá)國家如美國、日本、歐洲等國相繼推出自己的環(huán)境檢測方案并付諸實(shí)際措施。長期發(fā)展歷程中可以概括為兩個(gè)階段，化學(xué)儀器和現(xiàn)場檢測。追溯到二十世紀(jì)，模擬集成溫度傳感器橫空出世，運(yùn)用集成工藝將所需模塊集成到一塊芯片上，功能實(shí)用性上大大提高，正向更高端更智能的方向不斷發(fā)展。
我國相對(duì)于外國來說，開始環(huán)境質(zhì)量檢測的時(shí)期較晚，發(fā)展也相對(duì)更慢?？v觀整個(gè)發(fā)展史，大致分為三個(gè)階段：人工檢測、有線和無線檢測，其中有線檢測是自動(dòng)化的，并針對(duì)不同地區(qū)側(cè)重不同，如北方以大氣檢測為主，采用煙氣實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)；南方則側(cè)重水污染，主要采用技術(shù)為COD在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測技術(shù)。主要檢測方面針對(duì)空氣質(zhì)量和煙塵量以及水污染為主體，而且當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品只能測定一個(gè)環(huán)境變量，具有很強(qiáng)的局限性。

3、主要研究內(nèi)容

本次研究設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)基于STM32單片機(jī)的環(huán)境檢測系統(tǒng)。主要采用硬件與軟件相互結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，擁有可在室外使用、成本低、功耗小、采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、方便快捷的優(yōu)勢，對(duì)人體健康保護(hù)具有重要作用。

• 第一章先是對(duì)課題的研究背景與意義作了闡述，然后對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)狀關(guān)于環(huán)境檢測的指標(biāo)進(jìn)行介紹，以及運(yùn)用了什么技術(shù)進(jìn)行了簡要的敘述。
• 第二章通過對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的確定，明確了主控芯片和各硬件模塊的選型，并對(duì)各個(gè)模塊作了細(xì)致的描述。
• 第三章完成軟件部分設(shè)計(jì)，包含各個(gè)環(huán)境檢測模塊，代碼邏輯用流程圖表示出來，使其實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。
• 第四章對(duì)完成品進(jìn)行功能測試，檢查硬件焊接標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行控制變量記錄顯示數(shù)據(jù)，比較是否符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

4、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心控制器件結(jié)合溫濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器和光敏電阻傳感器等進(jìn)行一個(gè)環(huán)境檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)可通過溫濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器和光敏電阻傳感器實(shí)時(shí)檢測所處的環(huán)境情況，主控模塊會(huì)連接蜂鳴器電路，若空氣質(zhì)量過高，可通過WiFi上傳到上位機(jī)，使其將信息傳送到云平臺(tái)，并使蜂鳴器及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息，能夠及時(shí)獲取所處的環(huán)境信息，便于及時(shí)針對(duì)處理。進(jìn)行理論復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)后，需運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行電路圖的繪制，完成電路板的制作，編寫程序進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，最終完成具有要求功能的環(huán)境檢測系統(tǒng)。

5、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)部分，分別是：環(huán)境檢測數(shù)據(jù)的采集，OLED顯示檢測到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)并顯示數(shù)據(jù)。主控芯片選擇STM32單片機(jī)，其接收指令對(duì)環(huán)境光照強(qiáng)度、溫濕度、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，同時(shí)將參數(shù)信息反饋到OLED顯示屏和云平臺(tái)上，通過串口連接到WiFi通信模塊，實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳遞。蜂鳴器模塊是由單片機(jī)發(fā)出高電平即可發(fā)出警報(bào)，當(dāng)空氣質(zhì)量大于設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲音。

6、系統(tǒng)控制芯片選擇

系統(tǒng)主控芯片是整個(gè)系統(tǒng)控制的核心部分，主要職責(zé)是進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、分析、處理與執(zhí)行，在設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的作用。
在單片機(jī)的開發(fā)和工程實(shí)踐上，STM32的設(shè)計(jì)初衷就是針對(duì)于全面的功能以及低功耗的前提，與51單片機(jī)對(duì)比，存在很大差異。STM32單片機(jī)性能要比C51的性能高出幾倍，這就意味著就可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，同時(shí)價(jià)格低廉，換言之即為可以用更便宜的價(jià)格實(shí)現(xiàn)更高的性能和更多的功能，這不僅大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能，而且為開發(fā)者提供了經(jīng)濟(jì)上的支持。目前，越來越多的用戶開始選用STM32單片機(jī)作為主控芯片。

7、傳感器電路設(shè)計(jì)

7.1 光照強(qiáng)度監(jiān)測模塊

在檢測光照強(qiáng)度模塊的選擇上，本次設(shè)計(jì)選用光敏電阻傳感器。光敏電阻是一種特殊的電阻器，是基于一種材料對(duì)不同的光照強(qiáng)度有著不同的導(dǎo)電率的原理設(shè)計(jì)的，而材料選用一般都為半導(dǎo)體（常見的有硫化鎘或者硒化鎘等），一點(diǎn)微弱的光照變化就可以使材料的導(dǎo)電率發(fā)生變化，使得其對(duì)環(huán)境光線十分敏感，一般用來檢測所處環(huán)境的光線亮度，其光線亮度與電阻值成反比。當(dāng)阻值發(fā)生變化時(shí)，就可以對(duì)變化的幅度進(jìn)行分析，再根據(jù)變化幅度的范圍，按照一定的規(guī)則來轉(zhuǎn)換為光照強(qiáng)度的數(shù)值。
可通過旋鈕改變它的閾值，本設(shè)計(jì)通過AO口來輸出模擬信號(hào)從而進(jìn)行光照強(qiáng)度數(shù)值的轉(zhuǎn)換，換言之，就是光敏電阻傳感器將采集的光線強(qiáng)度變成一個(gè)連續(xù)的模擬信號(hào)，然后從AO引腳輸出出來，經(jīng)轉(zhuǎn)換后就能得到一個(gè)光照強(qiáng)度數(shù)值。

本設(shè)計(jì)選擇此光敏電阻傳感器作為光照強(qiáng)度檢測模塊，是因?yàn)樗鼘?duì)光照強(qiáng)度的變化所傳遞的數(shù)值非常精準(zhǔn)，而且具有體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，便于嵌入在各種小型設(shè)備上。系統(tǒng)中的光照強(qiáng)度檢測模塊還具有以下特點(diǎn)：
（1）其模塊核心采用高靈敏型光敏電阻傳感器。
（2）工作的電壓范圍為3.3V-5V。
（3）使用寬電壓LM393比較器。
（4）輸出為比較器，信息完整，波形明顯，輸出方式為DO數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1)和AO模擬電壓輸出。
（5）PCB為小板尺寸，便于嵌入在各種小型產(chǎn)品上。

7.2 溫濕度監(jiān)測模塊

隨著科技日新月異的發(fā)展，溫濕度傳感器已不再局限為最初的濕敏元器件，也開始向集成化、多樣化進(jìn)行發(fā)展。在檢測溫濕度模塊的選擇上，并沒有分開去選擇溫度傳感器和濕度傳感器，而是合二為一，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)決定選用DHT11溫濕度傳感器，此款復(fù)合傳感器可以同時(shí)感知環(huán)境中的溫濕度，在功能上更加強(qiáng)大，自帶數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，穩(wěn)定性有保障，而且在準(zhǔn)確性方面不輸于傳統(tǒng)的分離式傳感器。
DHT11溫濕度傳感器模塊是市面上很常見的傳感器模塊，它的體積非常小而且設(shè)計(jì)精巧，每個(gè)模塊的重量僅有8克，非常適合用于空間較小、產(chǎn)品體積較小的設(shè)計(jì)，性價(jià)比極高。在設(shè)計(jì)中可以很方便的嵌入到實(shí)體設(shè)備中，可以使實(shí)體設(shè)備更加精巧。它是一種在輸出時(shí)直接輸出數(shù)字信號(hào)的傳感器，使得在單片機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)不需要在進(jìn)行轉(zhuǎn)換，處理速率得到了很大的提高。其工作形式是：首先需要感應(yīng)到連接單片機(jī)接口的電平變化才會(huì)開始檢測，即若單片機(jī)不發(fā)出信號(hào)，就不會(huì)檢測溫濕度，也不會(huì)把采集到的所處環(huán)境的溫濕度參數(shù)以數(shù)字信號(hào)的形式串行傳輸到單片機(jī)。

DHT11數(shù)字濕溫度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。即，單個(gè)數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte（ 40Bit）組成。數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。
數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為前四個(gè)字節(jié)相加。

7.3 空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊

空氣質(zhì)量檢測模塊用于檢測所處環(huán)境的空氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量的檢測?？諝赓|(zhì)量檢測傳感器原理上是利用一些氣敏材料，這種材料在不同空氣質(zhì)量下的電阻率不同，主要質(zhì)地是二氧化錫。當(dāng)環(huán)境中存在有害污染氣體時(shí)，模塊中的氣敏材料的導(dǎo)電性能就會(huì)發(fā)生改變，電導(dǎo)率會(huì)隨著空氣質(zhì)量增加而逐漸增大。換言之，空氣質(zhì)量越高，其模擬量的輸出電壓越高，由于其輸出為模擬信號(hào)，那么就需要將其進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變成單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)，最終使其在OLED上顯示。最終本設(shè)計(jì)選用MQ-135傳感器，它是一種可靠性高、適合多種應(yīng)用、成本低、應(yīng)用技術(shù)先進(jìn)的檢測空氣質(zhì)量的傳感器。它可以檢測多種有害氣體，例如：氨氣、硫化物和苯系蒸汽等。

工作原理：MQ135傳感器采用二氧化錫（SnO2）作為氣敏材料。在清潔空氣中，該材料的電導(dǎo)率較低。當(dāng)傳感器所處的環(huán)境中存在污染氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率會(huì)隨著空氣中污染氣體濃度的增加而增大。通過簡單的電路，可以將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。

7.4 OLED顯示屏模塊

在顯示模塊的選擇上，一般常見的是OLED和LCD兩種，本系統(tǒng)選用0.96寸的OLED顯示屏將檢測的環(huán)境數(shù)據(jù)顯示出來。
OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)電流小，可以自己發(fā)亮，不像LCD屏需要背光燈，其響應(yīng)速度也比同類型的LCD快；能耗方面，同等亮度下，雖然LCD能耗低一些，但是背光源長亮的條件下，LCD的能耗會(huì)超過OLED，從側(cè)面說明在此等的狀態(tài)下，OLED的能耗要優(yōu)于LCD；
OLED裸屏總共種接口包括:6800、8080兩種并行接口方式、3線或4線的串行SPI接口方式、IIC接口方式(只需要2根線就可以控制OLED)，本次實(shí)驗(yàn)的OLED采用的就是IIC接口方式。
IIC主從通信過程
主設(shè)備往從設(shè)備寫入數(shù)據(jù)需要有下面的過程：
1.主設(shè)備發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)（START）。
2.主設(shè)備在數(shù)據(jù)線上廣播從設(shè)備地址。
3.確定數(shù)據(jù)傳輸方向（R/W）。
4.等待從設(shè)備應(yīng)答信號(hào)（ACK）。
5.主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到從設(shè)備，從設(shè)備接收到后，會(huì)返回給主設(shè)備一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，直到主設(shè)備發(fā)送完數(shù)據(jù)，或者從設(shè)備返回一個(gè)NACK信號(hào)，表示從設(shè)備不再接收數(shù)據(jù)。
6.數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，主設(shè)備發(fā)送終止信號(hào)（STOP）。

目前，OLED顯示屏技術(shù)被看作是下一代屏幕科技的創(chuàng)新領(lǐng)域，同時(shí)也是下一代平面屏幕的強(qiáng)力應(yīng)用技術(shù)，而且作為新興技術(shù)產(chǎn)品，無論是在價(jià)格優(yōu)勢還是性能方面，都要強(qiáng)于過去傳統(tǒng)的LCD顯示屏。0.96寸的OLED顯示屏實(shí)物圖

本系統(tǒng)中OLED顯示屏有四個(gè)引腳，分別是引腳1是接地的引腳，和STM32F103最小系統(tǒng)板的GND相連；引腳2為VCC，是OLED顯示屏的供電引腳，其工作電壓的范圍為3.3V-5V；引腳3為SCL時(shí)鐘線與STM32F103最小系統(tǒng)板的PB6端口相連接；引腳4為SDL數(shù)據(jù)線與STM32F103最小系統(tǒng)板的PB7相連接。

7.5 WIFI通信模塊

在數(shù)據(jù)傳輸方面，采用下位機(jī)上傳至上位機(jī)。本系統(tǒng)決定采用ESP8266作為WiFi通信模塊。ESP8266是一款非常受歡迎的低成本、高性能Wi-Fi模塊。它集成了Wi-Fi功能和TCP/IP協(xié)議棧，并可以通過串口與主控制器進(jìn)行通信。
以下是對(duì)ESP8266模塊的詳細(xì)講解：

• 架構(gòu)和功能：ESP8266模塊采用了32位的Tensilica處理器架構(gòu)，通常是ESP8266EX芯片。它集成了Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)連接功能和TCP/IP協(xié)議棧，具有可靠的數(shù)據(jù)傳輸能力。ESP8266還包含用于控制、調(diào)度和管理網(wǎng)絡(luò)連接的固件。
• Wi-Fi功能：ESP8266支持802.11 b/g/n無線標(biāo)準(zhǔn)，并且可以作為Wi-Fi客戶端或者Wi-Fi接入點(diǎn)（AP）運(yùn)行。作為客戶端，ESP8266可以連接到現(xiàn)有的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通信。作為AP，它可以創(chuàng)建自己的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，允許其他設(shè)備連接到它并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
• 通信接口：ESP8266模塊通常通過串口（UART）與主控制器進(jìn)行通信，使用AT指令集作為通信協(xié)議。主控制器可以通過發(fā)送AT指令給ESP8266來控制Wi-Fi連接、數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)配置。除了串口，ESP8266還可以通過SPI和I2C等接口與其他外部設(shè)備進(jìn)行通信。

（1）具有三種工作模式：Station：用于連接熱點(diǎn)的模式；AP：用于作為熱點(diǎn)的模式；Station+AP：兩個(gè)功能可以同時(shí)打開。
（2）支持無線802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)。
（3）在該系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有CTP/IP協(xié)議線，并支持多路TCP Client連接。
（4）在其內(nèi)部的控制單元位32位,可兼做應(yīng)用MCU。
（5）此模塊功耗非常低，適合外部電源供電使用。
（6）ESP8266模塊是市面上常見的數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K。它的體積非常小而且設(shè)計(jì)精巧，面積與一元硬幣相仿，可以很容易將其裝進(jìn)到各種系統(tǒng)中。

7.6 蜂鳴器報(bào)警模塊

環(huán)境檢測系統(tǒng)在檢測到空氣質(zhì)量超出某一特定的閾值后，便會(huì)由單片機(jī)控制蜂鳴器開和關(guān)，起到報(bào)警通知到相關(guān)人員的用處。
蜂鳴器一般分為無源和有源兩種，無源蜂鳴器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中沒有振蕩器與源，需要加一個(gè)音頻信號(hào)去進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這個(gè)音頻信號(hào)一般為2K-5K的方波，通過控制音頻信號(hào)的頻率，能夠達(dá)到“哆瑞咪發(fā)”的效果；而有源蜂鳴器則自帶振蕩器，通上直流電后，當(dāng)I/O口輸入對(duì)應(yīng)電平時(shí)，才會(huì)發(fā)聲報(bào)警。

本系統(tǒng)中使用的蜂鳴器模塊引腳連接說明如下：在輸入端引腳1為I/O口與單片機(jī)的PA5端口相連接，單片機(jī)的輸出高低電平，來控制蜂鳴器是否鳴叫；引腳2是接地的引腳，與單片機(jī)的GND相連；引腳3為VCC，是蜂鳴器模塊的供電引腳，其工作電壓為5V。

8、軟件主程序設(shè)計(jì)

主程序負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的所有功能，從總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，是以STM32單片機(jī)為核心，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，引入各個(gè)子程序模塊的頭文件，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的調(diào)用，各個(gè)模塊互相統(tǒng)籌合作，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，并且展示給用戶，從而實(shí)現(xiàn)整體的功能邏輯。結(jié)合環(huán)境的功能需求，對(duì)環(huán)境檢測系統(tǒng)所需求的軟件架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

9、云臺(tái)的使用（ONENET)

本次設(shè)計(jì)的上位機(jī)采用的是onenet云平臺(tái)。onenet云平臺(tái)是由中國移動(dòng)打造的物聯(lián)網(wǎng)開放的平臺(tái)，可以快速的完成設(shè)備開發(fā)部署，能夠輕松的幫助用戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的接入與產(chǎn)品的連接，為智能系統(tǒng)和智能產(chǎn)品提供了方便可靠的物聯(lián)網(wǎng)連接方案。onenet云平臺(tái)適配各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，同時(shí)還支持大量的傳感器設(shè)備和智能設(shè)備的接入，而且簡單易學(xué)，功能強(qiáng)大，可以讓初學(xué)者輕易上手。onenet云平臺(tái)滿足了本設(shè)計(jì)的需求。針對(duì)其使用，首先要完成的準(zhǔn)備工作有以下幾個(gè)步驟：
（1）創(chuàng)建onenet云平臺(tái)賬號(hào)并登錄。
（2）點(diǎn)擊控制后臺(tái)，找到產(chǎn)品開發(fā)。
（3）添加產(chǎn)品，填寫添加產(chǎn)品的信息。
（4）添加設(shè)備，在詳情里面可以看到設(shè)備ID、創(chuàng)建時(shí)間、授權(quán)信息、接入方式等需要用到的信息。
配置完成后的服務(wù)器界面如下圖所示。

使用原理：各個(gè)模塊分別作用，將感知到的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32單片機(jī)中，進(jìn)行處理，通過ESP8266WiFi模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)即onenet云平臺(tái)，此時(shí)在onenet云平臺(tái)可以詳細(xì)的看到各個(gè)模塊檢測的數(shù)據(jù)。其工作流程為：模塊先將數(shù)據(jù)傳入到STM32單片機(jī)中，接著 STM32F103單片機(jī)控制WiFi模塊進(jìn)行與上位機(jī)的通信，將數(shù)據(jù)上傳到onenet云平臺(tái)。至此，設(shè)計(jì)完成了上位機(jī)與下位機(jī)的通信。

10、功能測試

將程序燒錄進(jìn)STM32單片機(jī)后，對(duì)系統(tǒng)供電，首先觀察OLED顯示器是否顯示正常，若正常，則說明電路沒有問題，接著觀察所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)是否符合預(yù)期設(shè)想變化，之后觀察其他的傳感器是否都在正常進(jìn)行工作，每個(gè)傳感器模塊在顯示屏上是否有數(shù)值輸出，若一切正常，則表示沒有問題。用上位機(jī)可以驗(yàn)證WiFi模塊功能是否正常，即上位機(jī)的數(shù)據(jù)是否同步準(zhǔn)確。若是單個(gè)數(shù)據(jù)沒顯示，則檢查代碼是否有錯(cuò)誤，或者觀察對(duì)應(yīng)的傳感器是否有損壞現(xiàn)象。檢查完畢后，對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行不同環(huán)境下測試。
（1）開機(jī)動(dòng)畫顯示。系統(tǒng)上電后，首先ESP8266進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)配置，同時(shí)OLED屏幕上顯示ESP8266初始化，同時(shí)在下方還有進(jìn)度條顯示，若成功，則進(jìn)度條正常讀條完成，若不成功，則進(jìn)度條卡住等待，觀察上電狀態(tài)，符合設(shè)想目標(biāo)，測試完畢。

（2）在ESP8266完成正常初始化后，系統(tǒng)各模塊工作正常，符合設(shè)想目標(biāo)，測試溫濕度模塊讀取數(shù)據(jù)。觀察OLED屏幕，在OLED第一行顯示獲取環(huán)境的溫度，第二行顯示獲取環(huán)境的濕度，第三行顯示獲取環(huán)境的光照值，第四行顯示獲取環(huán)境的空氣質(zhì)量，觀察上電狀態(tài)，各模塊讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)正常，符合設(shè)想目標(biāo)，測試完畢。

（3）溫濕度檢測模塊，DHT11溫濕度傳感器的測試比較容易，在自然條件下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，然后對(duì)著DHT11溫濕度傳感器哈幾口氣，觀察數(shù)值變化情況，若前后數(shù)據(jù)均在合理范圍之內(nèi)的情況下，如溫度變化范圍是0到40攝氏度，濕度為百分之0到100，哈氣后的溫度對(duì)應(yīng)緩慢上升，濕度對(duì)應(yīng)有所增加，則認(rèn)為DHT11溫濕度傳感器的測試通過。

（3）光照強(qiáng)度監(jiān)測，針對(duì)環(huán)境光照值，利用光敏監(jiān)測模塊，在自然條件下，用手輕輕捏住光敏探頭，并觀察OLED上的光照值是否發(fā)生明顯下降變化，并檢驗(yàn)小于閾值20時(shí)，燈是否會(huì)打開。若均符合實(shí)驗(yàn)預(yù)想，則測試通過。

（4）空氣質(zhì)量檢測，針對(duì)MQ-135空氣質(zhì)量傳感器模塊，它可以檢測多種有害氣體，例如：氨氣、硫化物和煙霧等。測試選用燃燒后的木棍作為道具，燃燒后的木棍氣體中包含烷類氣體及石油液化氣，操作是將木棍點(diǎn)燃，隨后使木棍變成熄滅狀態(tài)，然后使其緩緩靠近MQ-135傳感器，觀察OLED顯示數(shù)值變化，并檢驗(yàn)大于閾值180時(shí)，蜂鳴器能否正常報(bào)警鳴叫，風(fēng)扇是否打開轉(zhuǎn)動(dòng)。若均符合實(shí)驗(yàn)預(yù)想，則測試通過。

（5）上位機(jī)檢測，在完成上述的各個(gè)模塊功能檢測后，檢查在onenet云平臺(tái)上是否能實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)接收的最新時(shí)間，若均符合實(shí)驗(yàn)預(yù)想，則測試通過。


至此，所有工作的模塊都已經(jīng)檢測完畢，當(dāng)所有的模塊都能正常工作時(shí)，意味著環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功。

11、總結(jié)

本設(shè)計(jì)是基于STM32F103C8T6單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，核心主控芯片連接光照強(qiáng)度檢測模塊、溫濕度檢測模塊、空氣質(zhì)量檢測模塊；OLED顯示屏；電源穩(wěn)壓降壓模塊；WiFi通信模塊和蜂鳴器報(bào)警模塊，并通過WiFi通信模塊把數(shù)據(jù)上傳到onenet云平臺(tái)，可在上位機(jī)上實(shí)時(shí)觀看。當(dāng)空氣質(zhì)量達(dá)到某一特定的閾值時(shí)，會(huì)自動(dòng)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，便于及時(shí)做出措施改善，使所處的環(huán)境達(dá)到或接近一個(gè)最佳的程度。
本文所設(shè)計(jì)的環(huán)境檢測系統(tǒng)，能夠成功應(yīng)用于戶外的環(huán)境。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果反饋表明，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)“全面采集溫濕度、光照強(qiáng)度和空氣質(zhì)量的信息，正確的顯示在OLED顯示屏上，并將信息實(shí)時(shí)傳至onenet云平臺(tái)”的功能。本系統(tǒng)工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、操作起來簡單便捷，滿足了現(xiàn)代環(huán)境檢測的設(shè)計(jì)要求。

12、附錄（運(yùn)行視頻、實(shí)物圖片）

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