《基于单片机的园林环境监控系统设计与实现》12000字

PAGEI基于单片机的园林环境监控系统设计与实现摘要环境监控是环境维护和治理任务的重要基础。随着国民经济的不停的发展，现有的环境维护和治理效率不高、品质较差、透明度低。经过信息化技术的运用，能够完成持续高效的环境监控。环境自动监控将成为环境监控发展的新目标，环境事故的预警和预防尤为重要，园林环境自动监控将成为景观监控发展的新方向。特别重要的是快速预警和预防由园林环境造成的污染事件。本文结合园林环境监控的功能框架进行分析,采用以STM32为主控芯片控制整个系统,结合蓝牙模块用手机实时查看监控到的各项数据,以及用温度湿度传感器监控整个园林的温度和湿度,当温度湿度超出阈值会用声光报警器进行报警、用土壤湿度传感器监控园林环境中土壤里的湿度,当湿度过低时水泵会自动工作,为土壤供水使土壤达到合适的湿度、最后使用烟雾浓度传感器监控园林的烟雾浓度,当烟雾浓度过高时,声光报警器就会报警等进行设计。并且系统使用双层架构,包括环境监控的软件和硬件部分,硬件部分通过温湿度传感器、烟雾浓度传感器以及土壤湿度传感器来实现对园林环境的监控。软件部分通过蓝牙连接的手机软件能够实时查看园林的环境信息,实现了对园林环境的监控与无线传输。关键词：环境监控；STM32；报警；无线传输

目录TOC\o"1-3"\h\u118761绪论 145731.1课题的目的意义 1321971.2环境监控系统国内外研究现状 1295681.3主要研究内容 2118632系统方案的论证 3124552.1总体方案论述 4322852.2系统功能分析 4100282.3硬件模块的设计方案 5223002.4软件的设计方案 6265342.5本章小结 6122663系统硬件设计 763123.1总体设计思路 7195193.2系统的整体设计 742763.3处理器模块 8275473.4传感器模块 9205483.5蓝牙模块 10142373.6声光报警电路 1185173.7本章小结 1197624系统软件设计 13120934.1软件总体设计 13300294.2系统软件总流程 13178304.3传感器软件设计 14227634.3.1温湿度传感器软件的设计 1436724.3.2烟雾传感器传感器软件的设计 16275974.3.3土壤湿度传感器软件的设计 17143164.4蓝牙通信模块设计 18197204.5报警程序 19277694.6手机应用软件的设计 20205514.7本章小结 208115实验结果论证分析 2185885.1硬件调试 21275065.1.1检查电路 2117685.1.2通电观察 2144045.2软件调试 2238655.3系统的检测结果测试 2349885.3.1声光报警实验 23201765.3.2实物演示 2315181总结与展望 2429341参考文献 253527附录 27PAGE341绪论1.1课题的目的意义随着中国国民经济的高速发展,国民生活水平越来越高，人们对园林环境的需求也越来越关注，在现代城市化生态建立的过程中，园林监控在环境建立和维护的过程中的所起作用也越来越明显。所谓的园林环境监控就是通过科学手段，来为人们创造一个人与自然和谐相处的场所，形成人们与大自然和谐相处的状态。随着中国在网络技术方面的发展，人们对园林环境监控系统的应用也不断得到改善。特别是以计算机系统为基础的方便快捷的环境监控手段，促进环境监控行业的发展，使得环境监控是环境保护和治理的重要基础。伴随着中国国民经济的高效发展，既存的环境保护和管理效率不高，透明度低，通过应用信息技术，可以改变以往的环境监控手段，利用新的通信网络技术，创造长期稳定的环境持续有效的污染源质量和环境监控，科学正确监控和管理园内环境状况。环保部门有科学监控新领域，在这种情况下，只使用视频监控不能完全满足环境监控要求；鉴于自动监视站整合了环境监控数据，大气和水质基于以往的视频监控，构建综合视觉监视系统，构建污染源和环境质量的在线监控系统对环境保护部门的决定和执法部门进行具有特别重要意义的环境事故预警和预防。1.2环境监控系统国内外研究现状国内环境监控现状：“十二五”期间，环境监控行业的快速发展主要是由于政策的大力支持。一是国家环境监控、环境监控五年计划、生态环境监控计划、国家环境质量监控计划等多个环境监控措施，十大航空政策的公布不仅释放了水、空气等领域的防污染需求随着“十二五”规定的业绩提升，中国环境监控行业发展迅速。2017年，全国环保产业收入1.35万亿元，同比增长17.4%。2018年第一季度，全国环保产业营业收入约2790亿元，我国环保产业增长速度明显高于国民经济增长速度，高于一般工业增长速度。中国的环境服务业从传统的技术研发、工程设计和施工到重视服务和环境的综合性环保服务。第三方供应商的管理、环境绩效、环境资金等服务业的快速发展，2017年环境服务业年营业收入7550亿元，2018年第一季度，环境服务业营业收入1800亿元左右。与环境保护产业的其他行业一样，环境监控产业长期受市场控制，但在产业生命周期的现阶段，作为环境监控产业发展的引擎政策正在实施。政府对环境监控行业的要求已经从“十一五”监控网络建设阶段转移到“十二五”污染源监控阶段。中国环境监控行业迎来了“十一五”环境质量监控的里程碑式发展机遇第十三个五年”期间，进一步加强了对环境监控的支持。现有的环境监控市场领域正在进一步扩大。上十条和水、气、土三个环境管理部门顺利登场，大大开拓了环境监控的新市场领域。国家调整了环境质量管理中央和地方关系的构想，收回了环境质量管理的权利，实施了国家评价和国家监控的方式，加强了环境监控，促进了第三方环境监控的运营。环境监控系统的持续改善和市场化水平的提高，加速了环境监控市场的发展，第三方供应商的运营和维护有了快速的发展。随着对环境监控产业的投资、对整个社会环境问题的关心、环境监控站的增加和环境监控技术的提高，“十三五”期间环境监控产业将继续繁荣。据中投顾问产业研究中心预测，2020年环境监控行业的市场规模将超过900亿元，5年利率增长率约为20%。海外环境监控现状：2020年日本企业环境控制市场规模60亿日元，2020年5210.07亿日元，2015年世界环境监控业务市场规模约5000亿美元(5210.07亿日元)，年平均增长15%，2020年水质监控比2015年增长13.9%大气监控比2015年增长23.8%，年平均增长3%。随着亚洲和中南美洲工业化的发展，环境污染越来越严重。因此，日本和美国的环境控制产业处于商业输出的过程中，扩大了环境分析技术和分析工具以及设备的出口。美国的环境分析等环境技术和设备的出口量在2~3年中位居世界首位。2020年，美国采用哈佛大学和BBN公司开发的citysense无线传感器网络系统对大气状况进行监测，包括CO2浓度、大气温度、大气湿度、风向、风速等环境数据。澳大利亚的詹姆斯库克大学和墨尔本大学联合开发了基于u-node和Imote2的GBR无线传感器网络应用系统，用于监测澳大利亚东北沿海的气温、湿度、风速、海水温度等参数；1.3主要研究内容本文基于STM32和蓝牙模块在对园林的环境进行监控。当园林环境监控系统监控到温湿度传感器、烟雾浓度传感器监控的数据超出阈值，声光报警器会自动报警。当土壤湿度传感器监控到的土壤的湿度低于设定阈值，水泵会直接给土壤供水使土壤湿度达到设定阈值范围内，而且工作人员可以通过手机连接蓝牙对监测到的数据实时监控。论文的主要内容是用STM32作主控芯片,对园林环境的监控系统的设计和实现。论文主要由六部分构成:第一章介绍了为什么选择这个题目和这个题目的意义、以及环境监控在国内外的研究现状及课题的主要研究内容。第二章确定环境监控系统设计方案的总体思路，介绍了监控系统关于硬件模块和软件模块使用的方案。对模块使用的硬件进行选择，根据硬件的优缺点，选择使用的硬件。第三章介绍了园林环境监控系统使用的硬件设计。硬件设计主要使用STM32芯片作为主控芯片；土壤湿度、温湿度、烟雾传感器来监控园林环境监控的土壤湿度温湿度和烟雾浓度的数据信息；声光报警器是当监控到的数据超出设定阈值时自动报警；水泵是当土壤湿度过低时自动为土壤供水达到一定的阈值范围内；蓝牙模块是通过蓝牙连接手机实时监控到的数据并可以手动控制水泵的开关，最后画出硬件模块的电路图并对电路图进行介绍。第四章介绍了系统软件部分的设计，其中包括温湿度传感器传感器软件、土壤湿度传感器软件、烟雾传感器软件、蓝牙通信模块、声光报警程序、液晶显示屏软件以及手机app的设计，提供了设计代码以及具体的系统流程图。第五章介绍了调试过程的步骤，调试过程包括软件、硬件调试步骤：软件调试步骤是对园林里的温湿度代码、土壤湿度代码、烟雾浓度代码等进行检测，检测代码是否运行正常；硬件调试步骤就是在单片机内输入代码后传感器是否运行正常，声光报警器是否报警，最后检验整个园林环境监控系统的设计要求是否符合，设计的所有功能是否全部实现。第六章对园林环境监控系统的优缺点进行总结并且对园林环境监控系统未来的发展进行展望。

2系统方案的论证本章主要是园林环境系统设计方案的论证，包括系统功能分析、选择合适的硬件模块、以及确定软件的设计方案。2.1总体方案论述园林环境监控系统选择使用STM32单片机作为主要控制芯片，负责处理和控制核心单元。环境监控系统使用温湿度传感器采集园林环境中的温度和湿度信息和土壤湿度传感器采集园林中土壤的湿度信息及烟雾浓度传感器采集园林环境中的烟雾的浓度信息，将采集到的园林温度湿度和土壤湿度、烟雾浓度这些重要信息经过处理器传递给主控芯片，主控芯片将空气成分信息通过蓝牙发送到手机APP软件进行处理，判断是否超过了阈值，达到报警阈值时控制单元发出报警信号进行声音和灯光报警，未达到限值时app将实时显示各个模块传递的信息。总体的框架图如图2-1所示。STM32F103STM32F103单片机声光报警蓝牙APP温湿度传感器烟雾浓度传感器土壤湿度传感器图2-1总体框架图2.2系统功能分析完成本论文所需要的对园林环境中的温湿度、土壤湿度、烟雾浓度进行检测，需要系统具有以下功能：(1)园林环境监控该功能由DC土壤湿度传感器监控园林环境土壤中的湿度信息、MQ-2型烟雾传感器监控园林环境中烟雾的浓度信息、DHT11型温湿度传感器监控园林环境中温湿度的信息来探测完成。(2)无线通信功能园林环境监控系统中的传感器启动后，会自动对园林环境进行监控，监控到的数据提交到控制器，然后处理控制器的数据，处理器处理完数据，会利用无线通信模块对监控系统中监控到的数据传输到连接到的手机APP上，最后由手机APP在手机上显示监控到的各项数据。(3)声光报警功能每个传感器启动前都会设定阈值的范围，启动后传感器就会自动检测，当传感器监控到的数据超出阈值范围，声光报警器就会立即进行报警。本系统主要监控园林中的环境信息，包括园林中的温度和湿度、园林环境中烟雾的浓度和园林土壤中的土壤湿度。温度和湿度是参观人员们最直接可以感受到的参数，人的体热感觉并不单纯受温度的影响，而是受多种因素共同影响，湿度和温度是影响身体舒适度的重要要素。当湿度超过80%RH时，会影响人们身体温度的调节。温度过高、湿度过高等都可能身体不适。而且温度和湿度的数据变化还可以检测高温、下雨等情况的发生，是应用最多的环境监控参数。土壤湿度信息的监控是园林环境监控系统的一个重要参数，土壤湿度过低会对植物生长造成损害。在园林环境监控的高危情形中，最危险的情况之一就是火灾，所以，对温度进行实时监控是一个园林环境监控系统中不可或缺的一步，对园林中烟雾浓度的监控也是一种常见的监控方式。因此本课题使用温湿度传感器和烟雾浓度传感器对园林提前监控，提高了以园林环境监控系统的实用性。STM32将监控到的温度、湿度、土壤湿度和烟雾浓度的数据通过蓝牙无线传输方式实时传输到手机APP上。当手机APP接收到这些数据时，在手机APP实时监控数据变化。当监控到的数据超过设定的阈值时，声光报警模块会自动进行报警。下表2-1为声光报警阈值。表2-1声光报警阈值温度℃湿度%rh烟雾浓度%obs/m土壤湿度%rh358050202.3硬件模块的设计方案硬件模块由STM32单片机作为主控芯片来控制整个系统、温湿度传感器监控园林环境中的温湿度数据、水分检测耐腐蚀探头传感器监控园林中土壤的湿度、烟雾传感器监控园林环境的烟雾浓度以及蓝牙无线传输模块传输监控到的数据、声光报警模块当监控到的数据超过一定阈值时报警等组成，下面将综合各类模块的优缺点进行选择。1、主控芯片的选择ARM:arm微处理器采用精简指令集，运算速度很高，有较低运行功耗，并且采用哈佛体系结构。ARM会将数据和指令分开存储，大大提高了程序的运行速度，并且ARM的外部设备功能也非常的丰富，模块也很丰富，在杂乱的工业环境中也适用，可以进行功能控制。系统采用是STM32单片机做为主要控制芯片，STM32单片机芯片的内存大，运行稳定，并且具有很多外设接口，并且使用时具有更好的效率和更低的功耗，和上一代产品相比，其运行和访问速度提升明显，选择STM32作为环境监控的只要控制部分。图2-2STM32芯片2、传感器的选择(1)温湿度传感器温湿度传感器选择过程中，需要考虑传感器的工作寿命和供电电压等多方面因素，DHT11的优点有很多如使用寿命很长、而且价格低廉。所以最终确定选择DHT11传感器作为该系统使用的温湿度传感器。图2-3DHT11传感器(2)烟雾浓度传感器MQ-2烟雾传感器的外型结构是由微型陶瓷管，二氧化锡敏感层和加热器构成。安装方便、灵敏度高、耐腐蚀并且响应快，适用于监控环境中烟雾的浓度。烟雾传感器的工作电压是在直流5V到30V之间，静态电流是20mA、动态电流是50mA。图2-4MQ-2传感器3、无线通信模块的选择蓝牙技术蓝牙选择使用HC-02，因为可以与没有蓝牙功能的台式电脑配对使用、与笔记本电脑配对使用、与手机配对使用、与蓝牙主机连接使用，而且还有主机记忆功能，蓝牙具有价格优惠、性能稳定、使用方便等优点。图2-5HC-02蓝牙2.4软件的设计方案本课题采用Keilforarm作为园林环境监控系统的软件设计开发平台，该项目开发环境由美国keilsoftware公司引入,为客户提供了一种集成化的开发环境,包括c编译器、宏汇编、连接器、仓库管理及仿真调试。keil能够实现对编辑、翻译、连线、调试、仿真的全过程。与其他arm开发环境相比，Keil开发环境操作简单、界面简洁、代码紧凑。2.5本章小结本章介绍环境监控系统设计方案的总体思路，介绍了监控系统关于硬件模块和软件模块使用的方案。对模块使用的硬件进行选择，根据硬件的优缺点，选择使用的硬件。首先分析系统的主要功能确定要设计的具体要求，根据温湿度、烟雾浓度和土壤湿度确定系统要监控的环境参数。对园林环境监控系统的硬件和软件进行设计，确定主控芯片、传感器和无线模块的器件，并对园林环境监控系统使用开发环境进行选择。结合本课题的分析，选用HC-02作为蓝牙通信模块，STM32单片机作为主控芯片控制整个系统，MQ-2作为烟雾传感器监控园林环境中的烟雾浓度，DC土壤湿度传感器监控园林土壤的湿度，DHT11作为温湿度传感器监测环境的温湿度。并且确定园林环境监控系统的开发环境采用Keil5。

3系统硬件设计本章主要论述了园林环境监控系统的硬件模块，并且详细的介绍了论文各个模块的主要功能。3.1硬件总体设计思路园林环境监控系统的设计主要实现的是对园林环境信息进行采集，使用温湿度传感器采集园林环境的温湿度，使用土壤湿度传感器采集园林土壤中的湿度信息，使用烟雾传感器采集园林环境中烟雾的浓度，然后通过蓝牙无线传输到手机软件上实时显示采集到的数据变化。3.2系统的整体设计本研究使用STM32为主控芯片控制整个系统，控制温湿度采集模块、土壤湿度采集模块、烟雾浓度采集模块进行信息采集，通过无线传输传输数据到手机软件实时监控园林环境，采集信息超过阈值声光报警模块会自动报警，最后实现园林环境监控的功能。电源电源温湿度采集模块STM32温湿度采集模块STM32单片机主控芯片软件模块软件模块土壤湿度采集模块土壤湿度采集模块声光报警模块声光报警模块烟雾浓度采集模块烟雾浓度采集模块无线传输模块无线传输模块图3-1系统原理框图园林环境监控系统的供电电压为5V，在供电之后，从蓝牙连接到手机软件后。手机软件实时显示传感器监控环境下当前的土壤湿度及温度湿度、烟雾浓度的数据。当显示出采集的数据超过设定的安全阈值时使用声光报警器进行声光报警。以下为部分模块的功能：1、数据采集模块：数据采集模块由土壤湿度传感器、温湿度传感器和烟雾浓度传感器组成。数据采集模块采集土壤湿度、温度、烟雾浓度和湿度的模拟数据转换器转成液晶屏上显示的数据。其中，土壤湿度选用土壤湿度传感器，当其阈值低于20%RH时声光报警器报警。采用MQ-2型传感器测量烟雾浓度，DHT11传感器用于温度和湿度的测量。2、声光报警模块：当模拟园林环境监控值超过设定安全阈值后，声光报警器会自动报警，所以本系统选用有源蜂鸣器。3、无线传输模块：无线传输模块由蓝牙构成，本环境监控系统选用HC-02型号蓝牙。能够讲单片机采集到的模拟数据转换成数据发送给手机软件，由手机软件实时监控园林环境中的各项数据。3.3处理器模块1、处理器介绍(1)本系统使用STM32作为嵌入式微控制器芯片的主控芯片控制整个系统，这是常用的微处理器。图3-1主控芯片STM32(2)STM32是32位处理器产品。因为STM32内存比较小，所以下载方式可以采用串口下载方式，也可以使SWD下载，并且STM32只有很低的功耗。2、电源模块电路设计本系统的供电电压为5V，连接到STM32的5V引脚。STM32将5V电源调节到3.3V是使用电压调节芯片完成，然后从STM32引脚输出。各个模块的电压为3.3V。电压调解芯片使用AMS1117。相比于其他芯片，AMS1117的性能要求满足字体使用要求，而且价格较低。输入电压5V经过E16、C30滤波，输入AMS111芯片中，再经过E17、C42再次滤波后，输出直流电压3.3V，为整个园林环境监控系统供电。如图3-2所示。图3-2电源电路图3.4传感器模块1、温湿度传感器本论文中对于园林环境温度与湿度的监控采用了dht11,这种传感器可以实现对于园林环境的温度与湿度进行监控。温湿度传感器共设置4个引脚,其中1号引脚vdd电源向正极输出,供电电压值为3.3v;2号引脚是一根单总线,是监控到数据的输出引脚，连接到STM32的PA1引脚;3号nc引脚为空脚,未被使用;4号引脚gnd为接地,电源正负极。温湿度传感器dht11具备两个要素:测温元件来监视园林环境的温湿度;采用电阻式湿度传感器元件来监视园林环境的湿度,将其连接到8位的单片机上。dht11的接口采取了单线串行模式,便于进行系统的集成。因为DHT11是数字传感器，所以如果交互温度和湿度，连接到单片机PL端即可。温湿度传感器的电路图如图3-3所示。图3-3温湿度传感器电路2、烟雾传感器MQ-2型传感器四个引脚，ao-模拟信号的输出引脚与一个2k电阻相接,连接在单片机上的pa3引脚上,把被检测的模拟信号送回单片机;d0为数字信号的输出,无法使用;gnd接地,是电源的负极;vcc是电源的正极,为传感器供电。MQ-2的优点有较高的灵敏度、响应速度也很快、有很高的稳定性。烟雾传感器电路的具体连接方式如图3-4所示。图3-4烟雾传感器电路3、土壤湿度传感器土壤湿度传感器监测土壤中的水分，从A0输出引脚输出的模拟信号传输到单片机的PA4引脚，然后将传输到单片机的模拟信号经过单片机的处理输出数字信号到液晶屏中显示出来。监测到的数据会设定一个安全阈值，如果土壤里湿度低于阈值，则通过水泵会给土壤供水，使土壤达到合适的湿度。土壤湿度传感器电路的具体连接方式如图3-5所示，当土壤湿度过低时用水泵为土壤供水的具体连接方式如图3-6所示。图3-5土壤湿度传感器电路图3-6供水模块电路3.5蓝牙模块因园林环境监控系统的无线通信方式采用的是蓝牙无线通信方式，故STM32单片机和手机软件必须配备蓝牙。随着使用蓝牙无线传输的软件越来越多，市场规模在手机、电脑等设备中占据大量市场。并且蓝牙的价格便宜，开发简单。蓝牙电路的具体实现方式如图3-7所示。图3-7蓝牙电路引脚连接图3.6声光报警电路声光报警器在园林环境中温湿度和烟雾浓度超出安全阈值范围内都会报警，声光报警器通过一个三极管和一个1K的电阻连接到单片机的PB1引脚。当收集到的数据超过阈值时，就会输入到声光报警器中进行报警。声光报警模块的电路连接方式如图3-8所示。图3-8声光报警模块电路引脚连接图3.7本章小结第三章介绍了园林环境监控系统使用的硬件设计。首先使用STM32芯片作为主控芯片；土壤湿度、温湿度、烟雾传感器来监控园林环境监控的土壤湿度温湿度和烟雾浓度的数据信息；声光报警器是当监控到的数据超出设定阈值时自动报警；水泵是当土壤湿度过低时自动为土壤供水达到一定的阈值范围内；蓝牙模块是通过蓝牙连接手机实时监控到的数据并可以手动控制水泵的开关，最后画出硬件模块的电路原理图，完成对系统硬件的设计。

4系统软件设计本章论述了园林环境监控系统的软件设计，对使用的开发环境进行介绍，而且对各个模块的软件代码进行编译，包括硬件模块和软件模块的程序设计。4.1软件总体设计本文采用的集成开发环境为keilforarm，传感器监测到的模拟信号传输到单片机，然后在单片机中编写代码。单片机会将采集到模拟信号转换成数字信号，然后将数字信号和代码中的安全阈值进行比较，通过循环函数一直比较，当采集到的数据超出安全阈值时，声光报警器自动报警。通过蓝牙模块将数据无线传输到手机软件中，二维可以手动控制水泵的开关。4.2系统软件总流程系统主流程图：在园林环境监控系统的主要流程中，启动设备后首先先进行初始化，然后将采集到的的模拟数据转换成数据，将转换成的数据通过蓝牙模块发送到手机软件中实时监控数据的变化，同时循环比较监控到的传感器的数据和设定的安全阈值的数据，数据比较一直没有超出安全阈值时会一直循环，直到比较的数据超出设定的安全阈值时声光报警器会自动进行报警。本设计的初始化程序如下：while(DHT11_Init()) //DHT11初始化 { LEDR=1; } while(1) { if(Res==0x01)//开水泵指令 { shuibeng=1; Res=0; } if(Res==0x02)//关水泵指令 { shuibeng=0; Res=0; } adc2=Get_Adc2_Average(ADC_Channel_4,10);//读10次求和取平均 TUSOUT=(float)adc2*(3.3/4096);//得到实际的土壤湿度传感器输出的电压值(包含小数) TU=(3.22-TUSOUT)/2.92;//得到实际的土壤湿度百分比(0,3.22V)(1,0.3V) TU=TU*100;//扩大100倍 adc3=Get_Adc3_Average(ADC_Channel_3,10);//读10次求和取平均 MQOUT=(float)adc3*(3.3/4096);//得到实际的烟雾传感器输出的电压值(包含小数) MQ=0.87*MQOUT;//MQOUT2.6V时为百分百 MQ=MQ*100;//扩大100倍 DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity); //读取温湿度值 TU2=(int)TU;//强制转换为整型 MQ2=(int)MQ;//强制转换为整型开始检测数据是否存在异常声光报警手机软件显示数据开始检测数据是否存在异常声光报警手机软件显示数据初始化结束Y解析数据Napp解析数据蓝牙发送数据4.3传感器软件设计4.3.1温湿度传感器软件的设计监测温湿度时选择DHT11。给设备通电后，先进行初始化，然后比较数据是否超出安全阈值，如没有超出阈值继续进行检测，如超出阈值则产生报警信号，传输开始主控芯片判断是否超过阈值开始主控芯片判断是否超过阈值产生报警信号LED灯闪烁蜂鸣器蜂鸣初始化结束YN传感器检测温度湿度图4-2温度湿度传感器流程图4.3.2烟雾浓度传感器传感器软件的设计MQ-2型烟雾浓度传感器的原理相对简单，使用比较电路输出数字信号，传感器的TTL电平输出引脚输出污染物浓度低于阈值的高度，以及污染物浓度超过阈值的高度。将电平变化检测到后，发现输出很低。没有检测到输出，监控起来非常方便。烟雾监控流程图如下：以下为监测烟雾浓度的软件程序：u8IIC_Wait_Ack(void){ u8ucErrTime=0; SDA_IN();//SDA设置为输入 IIC_SDA=1;delay_us(1); IIC_SCL=1;delay_us(1); while(READ_SDA) { ucErrTime++; if(ucErrTime>250) { IIC_Stop(); return1; } } IIC_SCL=0;//时钟输出0 return0;开始主控芯片判断是否超过阈值开始主控芯片判断是否超过阈值产生报警信号LED灯闪烁蜂鸣器蜂鸣初始化结束YN烟雾传感器检测图4-3烟雾浓度传感器流程图4.3.3土壤湿度传感器软件的设计监控土壤湿度的土壤湿度传感器原理非常简单。当监控到土壤的湿度低于设定的阈值20%时，声光报警器就会报警，同时水泵会自动给土壤供水，在土壤的湿度在达到的范围内时停止供水。土壤湿度传感器的流程图如下：开始主控芯片判断是否超过阈值产生报警信号L开始主控芯片判断是否超过阈值产生报警信号LED灯闪烁蜂鸣器蜂鸣初始化结束YN土壤湿度传感器检测以下为监测土壤湿度的软件程序：u8AT24CXX_ReadOneByte(u16ReadAddr){ u8temp=0; IIC_Start(); if(EE_TYPE>AT24C16) { IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址 IIC_Wait_Ack(); }elseIIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));//发送器件地址0XA0,写数据 IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);//发送低地址 IIC_Wait_Ack(); IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0XA1);//进入接收模式 IIC_Wait_Ack(); temp=IIC_Read_Byte(0); IIC_Stop();//产生一个停止条件 returntemp;}4.4蓝牙通信模块设计采用HC-02模块作为无线系统模块，该模块系统是一个小型系统，具有运行速度快、传输速度快、解码速度快的优点，而且系统是开源的，实际上节省了工作时间。该图通过蓝牙实现应用程序与单片机模块之间的通信，并通过手机显示花园的详细数据，因此蓝牙模块是应用程序与单片机模块之间的关键环节。蓝牙部分是应用程序终端连接的集线器。移动终端应用程序控制由MCU提供的数据。如果有超过阈值的信息，操作员应立即通知工作人员。蓝牙模块的流程图如图4-5所示开始蓝牙模块系统初始化结束传感器检测开始蓝牙模块系统初始化结束传感器检测主控芯片4.5报警程序当园林环境监控系统发现井下的烟雾浓度超过50%，温度超过35℃，湿度超过80，土壤湿度低于20%时，单片机附带的声光报警会被触发，工作人员可分别对土壤湿度和烟雾浓度传感器后方的LED灯判断，哪个数值超标，并通过应用软件观察具体数值变化情况。声光报警程序具体流程图如下图所示：Stm32初始化Stm32初始化主控芯片主控芯片判决结果是否正常Y是Y是NN红灯闪烁红灯闪烁蜂鸣器蜂鸣任务挂起任务挂起图4-6声光报警流程图4.6手机应用软件的设计移动智能客户端应用程序采用HTML编程语言编写，比Java编程语言简单、方便，并且HTML语言具有较强的文本文档生成能力，能够支持不同类型的数据文件插入。它的重要功能是：第一，方便性：机器语言版本的更新采用超集方法，使使用更容易理解；第二，通用性：随着语言的发展，参与应用logo的用户越来越多，兼容性：即使不同类型的计算机，甚至不同的系统，也可以应用在不同的平台上，对于不同类型屏幕的兼容性问题；最后，适用性：HTML作为一种方便适用的完整标记语言。同时，开发的界面也能被网络上的其他人看到，无论他们使用哪种终端。4.7本章小结本章是对基于STM32F103RCT6的ARM内核的软件构造进行了一系列的研究。只有理解函数和结构的关系，才能实现园林环境监测和应用程序设计。本文选择Keil软件作为系统硬件程序，完成了各模块的软件设计。主要包括硬件模块中收集模块的软件设计。包括土壤湿度、温湿度、烟雾浓度模块的收集。另外，设计了报警模块，还设计了显示信息的手机软件接口。

5实验结果论证分析对预规划的性能进行测试的重要环节是调试，通过测试可以发现可能出现的设计错误，为进一步改进和完善设计提供思路。测试检查它是否满足用户的实际需求，并评估其功能。5.1硬件调试5.1.1检查电路将电路搭建好后将所有部件均焊接。电路设置好后，必须接通电源。一定要仔细观察电路，观察是否有焊接错误或电路错误，并根据配电盘进行检查，有时光看电路图是不够的，如果稍有疏忽，就会出现接地是否反接、是否接错、是否存在短路、短路、接触不良、断开连接等问题。图5-1器件焊接图5.1.2通电观察在确认电路无故障并能正常工作后，要确定所需电压和系统电源是否有问题，必须进行适当的调试工作，首先接通电源，看是否有火花和烟雾，如果没有，则进一步检查各部件的温度变化，如果没有问题，则检查完成，如果出现异常，应立即中断电源，并用万用表检查各模块的电压，拆卸故障部件。图5-2通电电路观察5.2软件调试软件调试过程如下：软件开发选择使用的软件开发环境是keilforarm。打开keil创建一个新的项目，打开项目后选择本论文采用的STM32F10x芯片型号。2.创建项目，编写主程序，调试程序，修改语句错误，解释错误。下载到单片机运行程序。图5-3软件各个模块代码5.3系统的检测结果测试5.3.1声光报警实验由于本设计基于STM32F103RCT6单片机，设计电路简单易懂，功能齐全，使用方便，因此本文以不同烟雾浓度的环境为研究对象，因此，在不同的烟气浓度环境下，声报警模块是否在设计报警时是检验系统稳定性的重要依据。图5-4烟雾浓度超过阈值报警5.3.2实物演示打开本设计后，通过蓝牙模块与手机连接，将STM32处理后的数据传输到手机上。最后，手机应用程序用于显示数据。本设计对不同的环境进行监测，所监测的数据也不尽相同，待检测到样品后，软件将其显示出来进行测试。图5-5软件检测图片

总结与展望本文运用STM32单片机、温湿度传感器、土壤湿度传感器、烟雾传感器以及蓝牙无线网络等设计了一套园林环境监控系统，主要完成了以下工作：1)分析了当前园林环境监控的需求，提出园林环境监控系统可能需要监控的各项参数，包括温度、湿度、土壤湿度和烟雾等等。通过对园林环境监控功能，确定园林环境监控系统采用主从式电路设计，使用蓝牙无线通信方式。2)完成了园林环境监控系统的硬件构成，使用STM32为主控芯片控制整个园林系统，对温湿度传感器监测的温度湿度，土壤湿度监测到的土壤湿度信息，烟雾传感器监测到的烟雾浓度参数进行分析，然后传输给手机软件，用手机软件显示出来。3)完成了对园林环境监控系统对软件部分的软件编程，主要介绍软件设计中的主函数，主函数里还包括温湿度、烟雾、土壤湿度传感器的软件设计，最后介绍无线通信模块的软件程序。4)对整体园林环保监控系统进行了测试和实验,对本次设计中的各种传感器进行了测试,对各种主从装置的参数进行了比较,验证各项功能都跟预期相一致,同时也进行了稳定性检查,结果显示该系统已经具有了很好的功能,并且已经达到了很高的性能。监控系统主要创新点如下：1)系统采用硬件加软件结构，根据单片机的不同功能特性进行单独器材选型和电路设计，降低了成本的同时又降低了功耗。2)手机设备既可以与主机联网进行工作，也可以单独作为一个监控设备，在不联网的情况下独立工作，增强了系统的可用性。3)系统设备间采用蓝牙无线通信，无需布线，降低了安装成本