基于STM32平臺的戶外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

第一章緒論1.1研究目的及意義隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測的方法也不斷改進，尤其是以計算機系統(tǒng)為基礎(chǔ)的環(huán)境監(jiān)測手段更加方便、快捷,廣泛適用于農(nóng)業(yè)溫室控制和日常家庭生活等。隨著社會的不斷發(fā)展,人們對農(nóng)產(chǎn)品的需求越來越高，傳統(tǒng)能也生產(chǎn)方式已經(jīng)遠不能滿足社會的需要,而隨之誕生的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)愈來愈受到人們的青睞，溫室大棚就是其中一種.我們知道,農(nóng)作物的生長受到光照、溫度、濕度和壓強等多重因素的共同作用，而溫室可以借助計算機系統(tǒng)模擬植物生長的氣候條件,提供最佳的生長環(huán)境以避免因外界惡劣氣候等不利因素的影響,進而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量.此外，室內(nèi)空氣質(zhì)量對人們的日常生活也產(chǎn)生了重要影響，適宜的溫濕度能給人舒適感,而有害氣體的散發(fā)卻嚴(yán)重損害人體健康。因此,如何控制室內(nèi)溫度、濕度、氣壓等影響空氣質(zhì)量的因素顯得至關(guān)重要。而傳感器技術(shù)的發(fā)展為我們解決這個問題找到了突破口，我們可以運用單片機配合傳感器實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)并進行處理實現(xiàn)自動控制。隨著無線技術(shù)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，國內(nèi)市場“物聯(lián)網(wǎng)”領(lǐng)域多種多樣，而環(huán)境問題顯得尤為重要。無論是在舒適的環(huán)境下工作、娛樂，亦或是在農(nóng)場、林場、花苑、生態(tài)植被等環(huán)境下試驗、評估，大多數(shù)還是通過人工來監(jiān)測環(huán)境各項參數(shù)，也有部分是通過智能化檢測和控制。但實際應(yīng)用并不理想，由于受到無線傳輸距離的限制，對于空氣溫濕度、氣體濃度、土壤溫濕度、光照等參數(shù)，大多數(shù)都是在較小的范圍內(nèi)進行測量，并且在數(shù)據(jù)采集時效性、穩(wěn)定性上表現(xiàn)較差，無法通過便捷的操作來觀測、調(diào)控各類敏感參數(shù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、國內(nèi)外現(xiàn)狀國外對于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的研究較早，就溫室控制而言，始于20世紀(jì)70年代.從組合儀表,采集、記錄、控制待監(jiān)測地信息到80年代末的分布式控制系統(tǒng)再到目前正在研發(fā)當(dāng)中的基于計算機的數(shù)據(jù)采集的綜合控制系統(tǒng)。歷經(jīng)四十多年的發(fā)展,環(huán)境監(jiān)測測控制技術(shù)日新月異，研制自動化、微型化、無人化的智能監(jiān)測控制系統(tǒng)成為各國追求的目標(biāo)。在日本,憑借其先進的計算機技術(shù),將各種植物生長發(fā)育不同階段所需要的環(huán)境因素編寫成計算機程序,對溫室環(huán)境因素進行相應(yīng)的調(diào)節(jié),當(dāng)某一因素發(fā)生變化時(如光照)，在計算機的控制之下其他因素(如濕度、溫度、CO2濃度等）隨之作出適當(dāng)?shù)男拚蛘{(diào)整，始終保持各個環(huán)境因素為最佳配合狀態(tài)，另外,為實現(xiàn)播種、澆灌、噴藥等作業(yè)的自動化，日本還研制了蔬菜塑料大棚。在荷蘭，花卉生產(chǎn)技術(shù)非常先進，借助計算機系統(tǒng)對玻璃溫室進行精確控制。由英國倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院發(fā)明的溫室計算機遙控技術(shù)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和控制,可以監(jiān)測和遙控50km以外溫室的溫度、濕度、光照和CO2濃度等影響作物生長的環(huán)境因素。在蔬菜、花卉等農(nóng)作物的生長和發(fā)育階段，美國和荷蘭還利用差溫管理技術(shù)對其進行控制，生產(chǎn)出了適合社會需求的產(chǎn)品。韓國在溫室安裝的自動控制裝置可以控制溫室的光照等環(huán)境因子,但其表現(xiàn)并不盡如人意,人們往往需要依據(jù)經(jīng)驗才能實現(xiàn)控制。在現(xiàn)代科技農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中,以色列走在了世界的前列,它擁有一體化智能溫室控制系統(tǒng)，配套監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺及其他先進設(shè)備,使其有限的農(nóng)業(yè)資源得到充分發(fā)揮。當(dāng)前，節(jié)約能源、降低成本成為國外發(fā)展溫室控制的重要目標(biāo)，對設(shè)備的自動化提出更高要求，控制因子由調(diào)控單因子轉(zhuǎn)向多因素綜合調(diào)控。就室內(nèi)溫室環(huán)境監(jiān)測而言，在早期人們采用實驗分析室內(nèi)環(huán)境狀況，由于數(shù)據(jù)分析需要一段時間,所以這種方式實時性較差。隨著傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展,室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的手段步入了一個嶄新的時代，監(jiān)測系統(tǒng)更加智能化,實時性大大提高。2、國內(nèi)研究現(xiàn)狀及研究方向我國研究環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的起步較晚，就溫室控制技術(shù)而言，始于20世紀(jì)80年代，那時生產(chǎn)水平不高，技術(shù)設(shè)備比較落后，對環(huán)境監(jiān)測的研究能力有限，更多的需要從國外引進相關(guān)設(shè)備，再加上研究經(jīng)費太高，對使用者的素質(zhì)要求較高，因此大規(guī)模推廣使用很難實現(xiàn)。在吸收、借鑒國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上,我國研究環(huán)境監(jiān)測的相關(guān)工程人員逐漸掌握了這種技術(shù)。隨后，從歐美等國家引進的連棟溫室，把原有的獨立單間溫室,用科學(xué)的手段、合理的設(shè)計、優(yōu)秀的材料將原有的獨立單間模式溫室連起來，連棟溫室是溫室的一種升級存在.在當(dāng)時,工程人員只盲目關(guān)注溫室設(shè)備,對溫室管理、裁培技術(shù)的挖掘、研究和開發(fā)沒有給予足夠的重視，再加上設(shè)備能耗高，管理不善,最終導(dǎo)致企業(yè)虧損,甚至倒閉。目前國內(nèi)現(xiàn)在對環(huán)境監(jiān)測還停留在傳統(tǒng)的人工環(huán)境監(jiān)測方法，幾乎還基于單片機終端監(jiān)測很少具有實時通信功能。產(chǎn)品的現(xiàn)場安裝受使用環(huán)境所限，環(huán)境應(yīng)用適用性差，測控手段單一。很難進行遠距離的監(jiān)控和報警。我國環(huán)境監(jiān)測工作是隨著人們對環(huán)境保護認識的深化和環(huán)保工作的需要逐步發(fā)展起來的。有了前車之鑒，“九五”初期，我國又從以色列進口溫室技術(shù)供相關(guān)的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和使用，并在北京建立示范農(nóng)場。從90年代中后期開始，我國開始自主研制環(huán)境控制系統(tǒng)，鉆研溫室栽培和管理等技術(shù)，溫室大棚不僅數(shù)量增加,而且相關(guān)配套設(shè)施和材料的質(zhì)量也有所提升。1995年以后,我國相繼研發(fā)了溫室環(huán)境計算機監(jiān)控系統(tǒng)、工控機管理系統(tǒng)、智能溫室系統(tǒng)、和蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)等一列環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，在溫室控制技術(shù)上，我國取得了不少成果。1.3主要工作采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103C8T6和樂鑫科技的ESP8266芯片。并且配合Android客戶端APP可以有效的采集多個傳感器數(shù)據(jù)和信息分析，并置設(shè)報響聲的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)超過設(shè)定的數(shù)值，就可以利用響聲系統(tǒng)或遠程提醒操作人員進行調(diào)控。該系統(tǒng)綜合了嵌入式處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，可以對系統(tǒng)的監(jiān)控和控制。研究方法:在離線情況下先進行傳感器讀取實驗,實現(xiàn)了所需要數(shù)據(jù)采集和處理，再接入物聯(lián)網(wǎng)；采用模擬技術(shù)進行程序編制與調(diào)試；研究采用問卷法、經(jīng)驗總結(jié)法、個案研究法、比較研究法和文獻法。主要解決的問題:學(xué)習(xí)使用STM公司的開發(fā)軟件，比如STM32CUDEMX,STM32IDE。ARMCortex-M3單片機的學(xué)習(xí)，包括基礎(chǔ)外設(shè)和操作系統(tǒng)。ARMMDK軟件的環(huán)境變量配置，編程和仿真的使用。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，HTTPS,MQTT的使用，GET和POST等。PCB設(shè)計，需要把整個系統(tǒng)進行整合。第二章戶外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體設(shè)計方案2.1設(shè)計任務(wù)使用STM32F103C8T6和樂鑫科技的ESP8266芯片。連接騰訊云IoT，并且配合Android客戶端可以有效的采集多個傳感器和信息分析，分析等信息，并置設(shè)報響聲的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)超過設(shè)定的數(shù)值1.檢測和控制系統(tǒng)方案設(shè)計,主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計過程和實現(xiàn)的主要功能。課題的設(shè)計要求，先初步設(shè)計出系統(tǒng)框架，再在功能的基礎(chǔ)上，進行下一步的具體設(shè)計。2.系統(tǒng)硬件電路搭建先介紹了主要芯片的選擇，然后設(shè)計了系統(tǒng)整體硬件方案并針對各個模塊進行詳細介紹，分析各部分的功能及設(shè)計過程。最后簡單介紹了電路PCB版圖設(shè)計。3.系統(tǒng)硬件驅(qū)動程序先介紹了系統(tǒng)整體軟件設(shè)計。接著介紹了軟件開發(fā)環(huán)境ARM-MDK(KEIL)的配置，在此基礎(chǔ)上，對主控制器及各個硬件模塊進行驅(qū)動設(shè)計。4.Android應(yīng)用軟件的設(shè)計先對Android系統(tǒng)進行簡要介紹，然后敘述了如何搭建Android開發(fā)平臺。在前兩者的基礎(chǔ)上，對應(yīng)用程序進行設(shè)計。分兩部分介紹，其一描述了整體設(shè)計框架，其二具體介紹界面的設(shè)計和通信的實現(xiàn)。5.系統(tǒng)測試結(jié)果這一章對檢測和控制系統(tǒng)進行測試，各模塊均正常工作。2.2設(shè)計思路與方案選擇根據(jù)設(shè)計要求,將系統(tǒng)分成五大部分，即為控制器、人機交互、電源、傳感器和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。圖2.1系統(tǒng)整體設(shè)計模塊2.2.1系統(tǒng)控制器選擇方案一:使用專門的物聯(lián)網(wǎng)芯片來完成。采用專用的物聯(lián)網(wǎng)芯片（Soc）進行設(shè)計和編程。該方法計算速度快,成本低,是生產(chǎn)廠商最好的選擇。但本人對物聯(lián)網(wǎng)專用芯片的理解和知識儲備不足,無法實現(xiàn)用該類型的芯片來設(shè)計,因此該方案無法實施。方案二:采用FPGA控制高密度FPGA,1985年,Xilinx公司首次推出了FPGA,其整體密度和性能得到了極大地改善,其總密度為5百萬門,性能為200兆赫。高集成度FPGA器件、使用簡便、快速地研發(fā)和市場,因此在數(shù)碼產(chǎn)品、電子產(chǎn)品等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。然而,以SRAM為基礎(chǔ)的FPGA,需要將程序的資料儲存在外存儲器中,需要外置內(nèi)存,且使用方式復(fù)雜,保密性較差。而且,FPGA對于一個簡單的物聯(lián)網(wǎng)項目來說,實在是有些大材小用了。方案三:采用單片機單片機是微型計算機的縮寫,也被稱作微控制器MCU。一般是一塊集成電路,里面含有電腦的主要功能組件：CPU、內(nèi)存、輸入I/0界面。所以,采用微處理器及相關(guān)軟件的開發(fā)、外部裝置的組合,可以組成一個微型控制器。在智能儀表,測量與控制技術(shù),智能界面等,易于操作,價格。在不同的控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。2.2.2人機交互的設(shè)計選擇方案一:選擇數(shù)字管作為顯示器。使用數(shù)字管進行顯示,具有程序簡便、對外部環(huán)境的要求小、顯示效果好等優(yōu)點。但因為其僅能顯示少量的編碼和數(shù)字,并且驅(qū)動電路復(fù)雜，交互性差。種種限制對日后的擴充非常不便,所以在本設(shè)計中不宜采用數(shù)字管電路。方案二：LCD1602的LCD1602顯示效果好，與MCU的硬件連接電路簡單,程序命令也很容易理解。但顯示的字符并不多，在打印系統(tǒng)運行節(jié)點和數(shù)據(jù)變量多的時候，特別受限，使用起來不方便。方案三:選擇LCD12864液晶顯示器,LCD12864顯示效果良好分辨率更高,與單片機的硬件接口電路相對簡單,模塊內(nèi)自帶顯存，有的還帶有中文字庫，可以大大的減少開發(fā)過程中字模制作，節(jié)省MCU的flash。但體積過大，重量大，功耗較高，不適合用到小尺寸的設(shè)計上。方案四:選擇OLED液晶顯示器,OLED顯示效果良好,分辨率更高與單片機的硬件接口電路簡單,比如使用IIC接口，只需要一根數(shù)據(jù)線（IIC_SDA）和一根時鐘線(IIC_SCL)就可以驅(qū)動,程序命令易于理解?？梢燥@示大量的字符,便于擴充,而且成本低,功耗低。OLED集諸多優(yōu)點于一身，輕薄短小、精致靈敏、省電等。與LCD顯示屏的對比高下立判。綜上所述,本次設(shè)計選擇方案四，用OLED作為顯示模塊。2.2.3系統(tǒng)傳感器選擇傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。在該設(shè)計中，對于傳感器選型需要考慮以下條件：（1）測量參數(shù)：傳感器的選型需要根據(jù)實際測量參數(shù)來選擇，比如溫度、濕度、壓力、光照強度等。需要根據(jù)實際需求來確定測量參數(shù)。（2）測量范圍：傳感器的測量范圍需要根據(jù)實際測量范圍來選擇，比如溫度傳感器的測量范圍可以是-40℃+125℃，也可以是-55℃+125℃等。（3）精度：傳感器的精度需要根據(jù)實際測量要求來選擇，比如溫度傳感器的精度可以是±0.1℃，也可以是±0.5℃等。（4）接口類型：傳感器的接口類型需要根據(jù)實際應(yīng)用來選擇，比如模擬信號輸出、數(shù)字信號輸出、I2C接口、SPI接口等。（5）尺寸和安裝方式：傳感器的尺寸和安裝方式需要根據(jù)實際應(yīng)用場景來選擇，比如體積小、安裝方便等。（6）價格：傳感器的價格需要根據(jù)實際預(yù)算來選擇，需要根據(jù)實際需求來平衡性能和價格。2.2.4系統(tǒng)通信設(shè)計（1）選擇物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺：根據(jù)項目需求和預(yù)算，選擇適合的物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺，如阿里云、騰訊云、華為云等。配置云平臺參數(shù)：在物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺上創(chuàng)建設(shè)備和產(chǎn)品，并獲取設(shè)備的唯一標(biāo)識符和密鑰等參數(shù)。（2）開發(fā)單片機程序：根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)云平臺的要求，開發(fā)單片機的程序，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備控制等功能，使用MQTT或HTTP協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到云平臺。（3）接入云平臺：將單片機與物聯(lián)網(wǎng)云平臺進行連接，使用設(shè)備標(biāo)識符和密鑰等參數(shù)完成認證和鑒權(quán)，實現(xiàn)單片機與云平臺的數(shù)據(jù)交互。（4）數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用：在云平臺上對上傳的數(shù)據(jù)進行處理和分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、告警處理、遠程控制等應(yīng)用。（5）測試和調(diào)試：完成單片機程序開發(fā)和云平臺接入后，進行測試和調(diào)試，確保設(shè)備和云平臺的數(shù)據(jù)交互正常。2.2.5系統(tǒng)電源設(shè)計方案單片機開發(fā)板電源設(shè)計方案需要考慮以下幾個方面：電源類型：開發(fā)板的電源類型可以是直流電源或交流電源，根據(jù)項目的需求和實際情況選擇合適的電源類型。電源電壓：根據(jù)開發(fā)板和外設(shè)的電壓要求，確定電源的輸出電壓，并確保電源的穩(wěn)定性和可靠性。電源容量：電源的容量需要根據(jù)開發(fā)板和外設(shè)的功率需求確定，確保電源能夠滿足整個系統(tǒng)的功率需求。電源保護：為了保護開發(fā)板和外設(shè)，電源設(shè)計方案需要考慮過流、過壓、過溫等保護措施，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。電源噪聲：為了減少電源噪聲對系統(tǒng)的影響，可以在電源輸出端添加濾波電路，消除電源噪聲對系統(tǒng)的干擾。充電管理：如果開發(fā)板需要使用電池供電，電源設(shè)計方案需要考慮電池充電管理，包括充電電路、充電保護、充電狀態(tài)監(jiān)測等。綜上所述，單片機開發(fā)板電源設(shè)計方案需要考慮多個方面，包括電源類型、電源電壓、電源容量、電源保護、電源噪聲和充電管理等，確保電源能夠滿足整個系統(tǒng)的功率需求，同時保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。2.3開發(fā)工具2.3.1MDK-ARM5系統(tǒng)概述MDK源自德國的KEIL公司，是RealViewMDK的簡稱。Keil是一款軟件，也是一家公司名。Keil公司是一家業(yè)界領(lǐng)先的微控制器（MCU）軟件開發(fā)工具的獨立供應(yīng)商。Keil公司制造和銷售種類廣泛的開發(fā)工具，包括ANSIC編譯器、宏匯編程序、調(diào)試器、連接器、庫管理器、固件和實時操作系統(tǒng)核心（real-timekernel）。有超過10萬名微控制器開發(fā)人員在使用這種得到業(yè)界認可的解決方案。其KeilC51編譯器自1988年引入市場以來成為事實上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并支持超過500種8051變種。MDK-ARM軟件為基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9處理器設(shè)備提供了一個完整的開發(fā)環(huán)境。MDK-ARM專為微控制器應(yīng)用而設(shè)計，而且功能強大，能夠滿足大多數(shù)苛刻的嵌入式應(yīng)用。與KeilMDK4及之前版本不同，KeilMDK5分成MDKCore和SoftwarePacks兩部分。MDKCore主要包含μVision5IDE集成開發(fā)環(huán)境和ARMCompiler5。SoftwarePacks則可以在不更換MDKCore的情況下，單獨管理設(shè)備支持包和中間件更新包。KeilMDK的ARMC/C++Compiler通過了TüVCertified認證，完全符合IEC61508-3標(biāo)準(zhǔn)的T3類開發(fā)工具要求。目前,Compiler的SafetyPackage僅包含在MDK專業(yè)版中。2.3.2STM32CubeF1簡介STM32Cube是ST提供的一套性能強大的免費開發(fā)工具和嵌入式軟件模塊，能夠讓開發(fā)人員在STM32平臺上快速、輕松地開發(fā)應(yīng)用。它包含兩個關(guān)鍵部分：圖形配置工具STM32CubeMX。允許用戶通過圖形化向?qū)砩蒀語言工程。嵌入式軟件包（STM32Cube庫）。包含完整的HAL庫（STM32硬件抽象層API），配套的中間件（包括RTOS，USB，TCP/IP和圖形），以及一系列完整的例程。2.3.3串口調(diào)試助手串口助手是一種串口通信工具，它的作用是方便用戶通過串口與外部設(shè)備進行通信和數(shù)據(jù)交互。串口助手通常包含串口設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存等功能模塊，可以幫助用戶進行串口通信的各種操作，如發(fā)送指令、接收數(shù)據(jù)、調(diào)試設(shè)備等。具體來說，串口助手的作用包括以下幾個方面：串口設(shè)置：串口助手可以幫助用戶設(shè)置串口的參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等，確保串口與外部設(shè)備的通信參數(shù)一致。數(shù)據(jù)發(fā)送：串口助手可以幫助用戶向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，包括文本、十六進制等格式的數(shù)據(jù)，方便用戶發(fā)送指令和控制設(shè)備。數(shù)據(jù)接收：串口助手可以幫助用戶接收外部設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，實時顯示接收到的數(shù)據(jù)，方便用戶進行數(shù)據(jù)分析和調(diào)試。數(shù)據(jù)顯示：串口助手可以將接收到的數(shù)據(jù)以文本或十六進制等格式顯示出來，方便用戶進行數(shù)據(jù)分析和查看。數(shù)據(jù)保存：串口助手可以將接收到的數(shù)據(jù)保存到文件中，方便用戶進行數(shù)據(jù)分析和后續(xù)處理。調(diào)試設(shè)備：串口助手可以幫助用戶調(diào)試外部設(shè)備，通過發(fā)送指令和接收數(shù)據(jù)等方式，快速定位設(shè)備故障和問題。綜上所述，串口助手是一種串口通信工具，主要用于串口通信和數(shù)據(jù)交互，具有串口設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存和設(shè)備調(diào)試等功能，方便用戶進行串口通信的各種操作。2.3.3立創(chuàng)EDA立創(chuàng)EDA是由中國團隊研發(fā)，擁有完全獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)EDA工具。立創(chuàng)EDA為板級EDA設(shè)計軟件。EDA指的是通過計算機的輔助完成電路原理圖、印刷電路板文件等的繪制、制作、仿真設(shè)計。立創(chuàng)EDA是一款基于瀏覽器的，專為中國人設(shè)計的，友好易用的EDA設(shè)計工具。起于2010年，完全由中國人獨立開發(fā)，擁有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)。隸屬于深圳市嘉立創(chuàng)科技發(fā)展有限公司，由嘉立創(chuàng)EDA團隊開發(fā)。立創(chuàng)EDA服務(wù)于廣大電子工程師、教育者、學(xué)生、電子制造商和愛好者。致力于中小原理圖、電路圖繪制，仿真，PCB設(shè)計與提供制造便利性。立創(chuàng)EDA擁有超過100多萬在線免費元件庫，并在實時更新?？稍谠O(shè)計過程中檢查元器件庫存、價格和立即下單購買，縮短設(shè)計周期。立創(chuàng)EDA目前有兩個版本，立創(chuàng)EDA專業(yè)版和立創(chuàng)EDA標(biāo)準(zhǔn)版。標(biāo)準(zhǔn)版面向?qū)W生，教育，功能和使用上更簡單；專業(yè)版面向企業(yè)，團隊，功能更加強大，約束性也更高。而我們此次用到的是立創(chuàng)EDA標(biāo)準(zhǔn)版，立創(chuàng)EDA標(biāo)準(zhǔn)版基于瀏覽器運行，輕量級，高效率，無需下載，打開網(wǎng)站就能開始設(shè)計。云端在線設(shè)計，文件云端存儲，擺脫硬件儲存束縛。Windows、Mac、Linux多設(shè)備，跨平臺支持，設(shè)計進度自動同步。兼容常用PCB設(shè)計軟件，支持文件導(dǎo)入導(dǎo)出。立創(chuàng)EDA標(biāo)準(zhǔn)版提供團隊協(xié)作功能，細化到單個工程權(quán)限管理。文件獨立版本控制，互不影響；文件自動保存，一鍵恢復(fù)歷史。一鍵生成Gerber文件、BOM文件、坐標(biāo)文件，方便生產(chǎn)制造。立創(chuàng)EDA標(biāo)準(zhǔn)版支持常用元件的在線仿真，一鍵將原理圖布局傳遞到PCB，一鍵導(dǎo)入圖片LOGO到PCB。第三章戶外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件部分設(shè)計3.1整體設(shè)計原理圖圖3.1系統(tǒng)原理圖3.1主控單片機電路意法半導(dǎo)體STM32F103的優(yōu)異性體現(xiàn)在如下幾個方面：超低的價格。以8位機的價格，得到32位機，是STM32最大的優(yōu)勢;超多的外設(shè)。STM32擁有包括：FSMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等眾多外設(shè)及功能，具有極高的集成度;豐富的型號。STM32僅M3內(nèi)核就擁有8個系列上百種型號，具有QFN、LQFP、BGA等封裝可供選擇。同時STM32還推出了STM32L和STM32W等超低功耗和無線應(yīng)用型的M3芯片;優(yōu)異的實時性能。84個中斷，16級可編程優(yōu)先級，并且所有的引腳都可以作為中斷輸入;杰出的功耗控制。STM32各個外設(shè)都有自己的獨立時鐘開關(guān)，可以通過關(guān)閉相應(yīng)外設(shè)的時鐘來降低功耗;極低的開發(fā)成本。STM32的開發(fā)不需要昂貴的仿真器，只需要一個串口即可下載代碼，并且支持SWD和JTAG兩種調(diào)試口。SWD調(diào)試可以為你的設(shè)計帶來跟多的方便，只需要2個IO口，即可實現(xiàn)仿真調(diào)試。圖3.2STM32F103C8T6單片機及原理圖3.3顯示電路設(shè)計液晶屏通常作為嵌入式設(shè)備的顯示終端，用于顯示一些關(guān)鍵信息，將信息直接顯示在一塊小的液晶屏幕上。液晶屏除了可以作為顯示終端外，還可以作為調(diào)試信息輸出的一個終端。在調(diào)試硬件程序的時候，通常會對程序進行調(diào)試，想輸出一些狀態(tài)或者信息來體現(xiàn)程序當(dāng)前的運行狀態(tài)，一般我們會選擇串口打印輸出內(nèi)容，或者LED的不同閃爍頻率代表不同狀態(tài)，當(dāng)然我們也可以使用一個液晶屏來顯示不同內(nèi)容，這種方式也是十分的方便快捷的。SSD1306是一款單片CMOSOLED/PLED驅(qū)動器，具有有機/聚合物發(fā)光控制器二極管點陣圖形顯示系統(tǒng)。它由128個段和64個公共部分組成。這個IC是為普通陰極型OLED面板設(shè)計。SSD1306內(nèi)置對比度控制、顯示RAM和振蕩器，減少了外部組件和功耗。它有256級亮度控制。數(shù)據(jù)/命令是從通用單片機通過硬件可選的6800/8000系列兼容并行接口發(fā)送，I2C接口或串行外圍接口。它適用于許多緊湊型便攜式應(yīng)用程序，例如手機副顯示屏、MP3播放器、計算器等。圖3.3OLED內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖3.4按鍵電路設(shè)計在設(shè)計中，按鍵功能僅用于驗證作用，驗證可行性和交互調(diào)試。圖3.4按鍵電路設(shè)計3.5電源模塊設(shè)計供電芯片用的是SPX3819，是一個正電壓調(diào)節(jié)器，具有低輟學(xué)電壓和低噪聲輸出。此外，該設(shè)備在100mA輸出時提供了非常低的800μA地電流。SPX3819的初始公差小于1%的最大值和一個邏輯兼容的開/斷開開關(guān)輸入。當(dāng)禁用時，功耗將降至接近于零。其他關(guān)鍵功能包括反向電池保護、電流限制和熱關(guān)機。SPX3819包括一個參考旁路針輸出最佳的低噪聲輸出性能。由于其非常低的輸出溫度系數(shù)，該器件也是一個優(yōu)越的低功率電壓參考。SPX3819是在電池驅(qū)動的應(yīng)用中使用的絕佳選擇，如無繩電話、無線電控制系統(tǒng)和便攜式計算機。它是可在幾個固定的輸出電壓選項或與一個可調(diào)的輸出電壓。充電芯片是HX4054A，是一款單節(jié)鋰離子電池恒流/恒壓線性充電器，簡單的外部應(yīng)用電路非常適合便攜式設(shè)備應(yīng)用，適合USB電源和適配器電源工作，內(nèi)部采用防倒充電路，不需要外部隔離二極管。熱反饋可對充電電流進行自動調(diào)節(jié)，以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對芯片溫度加以限制。HX4054A充電截止電壓為4.2V,充電電流可通過外部電阻進行設(shè)置。當(dāng)充電電流降至設(shè)定值的1/10時，HX4054A將自動結(jié)束充電過程。當(dāng)輸入電壓被移掉后，HX4054A自動進入低電流待機狀態(tài)，將待機電流降至1uA以下。HX4054A在有輸入電源時也可置于停機模式，從而將工作電流降至30uA。圖3.5充電模塊和LDO電源3.6WIFI模塊設(shè)計ESP8266系列模組是深圳市安信可科技有限公司開發(fā)的一系列基于樂鑫ESP8266的低功耗UART-WiFi芯片模組，可以方便地進行二次開發(fā)，接入云端服務(wù)，實現(xiàn)手機3/4G全球隨時隨地的控制，加速產(chǎn)品原型設(shè)計。模塊核心處理器ESP8266在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領(lǐng)先的TensilicaL106超低功耗32位微型MCU，帶有16位精簡模式，主頻支持80MHz和160MHz，支持RTOS，集成Wi-FiMAC/BB/RF/PA/LNA，板載天線。支持標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.11b/g/n協(xié)議，完整的TCP/IP協(xié)議棧。用戶可以使用該模塊為現(xiàn)有的設(shè)備添加聯(lián)網(wǎng)功能，也可以構(gòu)建獨立的網(wǎng)絡(luò)控制器。ESP8266是高性能無線SoC，以最低成本提供最大實用性，為Wi-Fi功能嵌入其他系統(tǒng)提供無限可能。當(dāng)命令響應(yīng)操作模式（或AT模式）時,AT命令模塊可以被允許,用戶可以向模塊發(fā)送各種AT指令、設(shè)定控制參數(shù)、或發(fā)出控制命令。（AT指令是一組指令,用以在PC與諸如Bluetooth、WiFi）等特定終端裝置進行通信并進行配置。）在自動化連接模式下,模塊可以分為主干、從、回環(huán)三種工作任務(wù)。采用自動連接方式,按照預(yù)定的方式,數(shù)據(jù)將被自動傳輸。圖3.6ESP-12S模塊3.7傳感器選型3.7.1溫濕度傳感器選型AHT20，新一代溫濕度傳感器在尺寸與智能方面建立了新的標(biāo)準(zhǔn)：它嵌入了適于回流焊的雙列扁平無引腳SMD封裝，底面3x3mm,高度1.0mm。傳感器輸出經(jīng)過標(biāo)定的數(shù)字信號，標(biāo)準(zhǔn)I2C格式。AHT20配有一個全新設(shè)計的ASIC專用芯片、一個經(jīng)過改進的MEMS半導(dǎo)體電容式濕度傳感元件和一個標(biāo)準(zhǔn)的片上溫度傳感元件，其性能已經(jīng)大大提升甚至超出了前一代傳感器的可靠性水平，新一代溫濕度傳感器，經(jīng)過改進使其在惡劣環(huán)境下的性能更穩(wěn)定。圖3.7溫濕度傳感器模塊-AHT20圖3.8溫濕度傳感器模塊性能指標(biāo)3.7.2氣體傳感器選型SGP30是一種數(shù)字多像素氣體傳感器，設(shè)計為易于集成到空氣凈化器、需求控制通風(fēng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中。三星的CMOSens?技術(shù)在一個單芯片上提供了一個完整的傳感器系統(tǒng)，具有一個數(shù)字I2C接口、一個溫度控制的微熱板和兩個預(yù)處理的室內(nèi)空氣質(zhì)量信號。作為第一個在一個芯片上具有多個傳感元件的金屬氧化物氣體傳感器，SGP30提供了關(guān)于空氣質(zhì)量的更詳細的信息。該傳感元件具有對現(xiàn)實應(yīng)用中存在的污染氣體的無比魯棒性，從而具有獨特的長期穩(wěn)定性和低漂移。非常小的2.45x2.45x0.9mm3DFN包可以在有限的空間內(nèi)應(yīng)用。傳感器的最先進的生產(chǎn)工藝保證了高重現(xiàn)性和可靠性。磁帶和卷軸包裝，以及對標(biāo)準(zhǔn)SMD組裝工藝的適用性，使SGP30注定要用于大容量的應(yīng)用。圖3.9氣體傳感器模塊連接電路圖3.10氣體傳感器模塊性能指標(biāo)3.7.3光線傳感器選型采用光敏電阻作為信號采集器件。光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無光照時,

光敏電阻值（暗電阻）很大,電路中電流（暗電流）很小；當(dāng)受到光照時，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強而減小。光敏電阻作為光電式傳感器的一種，它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬；體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐震動、抗過載能力強和壽命長等特點。所以選擇光敏電阻采集光照信號，并把不同的光照強度轉(zhuǎn)化為不同的電阻值。把光敏電阻串聯(lián)在直流電路中即可把不同的電阻值轉(zhuǎn)化為不同的電壓值，電路如原理圖所示。于是，就把對光照信號的處理轉(zhuǎn)化為對電壓信號V的處理。 圖3.11光敏傳感器模塊性能指標(biāo)圖3.16光敏傳感器模塊性能指標(biāo)第四章戶外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)軟件部分設(shè)計4.1系統(tǒng)總設(shè)計流程軟件設(shè)計部分著重闡述了各模塊的軟件設(shè)計過程。C語言在MCU中的應(yīng)用是廣泛的，MCU不僅功能強大,而且還具備了高級和匯編兩種語言,能夠在硬件上直接運行。C語言的操作符和數(shù)據(jù)類型非常豐富,利用C語言與MCU一起設(shè)計是非常方便的。以下的圖4.1顯示了該系統(tǒng)的總體設(shè)計流程：圖4.1系統(tǒng)總設(shè)計流程圖在單片機程序設(shè)計中，需要注意以下幾點：程序的可讀性：在編寫程序時，應(yīng)該盡可能地使程序易于閱讀和理解。可以采用注釋、代碼縮進、命名規(guī)范等方式來提高程序的可讀性。程序的可維護性：程序的可維護性是指在程序運行過程中，出現(xiàn)問題時，能夠快速地找到問題并進行修復(fù)。為了提高程序的可維護性，應(yīng)該盡可能地避免使用魔法數(shù)字、使用有意義的變量名稱和函數(shù)名稱，以及編寫清晰的注釋等。程序的效率：在單片機程序設(shè)計中，由于資源有限，程序的效率非常重要。為了提高程序的效率，可以采用位運算、避免重復(fù)計算等方式。程序的穩(wěn)定性：單片機程序的穩(wěn)定性是指程序可以在長時間運行中不出現(xiàn)異常。為了提高程序的穩(wěn)定性，應(yīng)該避免使用死循環(huán)、盡量避免使用浮點數(shù)運算、檢查輸入輸出的范圍等。程序的可移植性：在單片機程序設(shè)計中，程序的可移植性是指可以在不同的開發(fā)板和不同的編譯器上運行。為了提高程序的可移植性，應(yīng)該盡可能地遵守C語言標(biāo)準(zhǔn)、避免使用特定于平臺的函數(shù)和數(shù)據(jù)類型等。程序的安全性：在單片機程序設(shè)計中，程序的安全性是指程序不會受到惡意攻擊或者由于程序錯誤而導(dǎo)致設(shè)備損壞等問題。為了提高程序的安全性，應(yīng)該對輸入數(shù)據(jù)進行范圍檢查、避免使用危險的函數(shù)等?？傊?，在單片機程序設(shè)計中，需要綜合考慮程序的可讀性、可維護性、效率、穩(wěn)定性、可移植性和安全性等方面，以編寫出高質(zhì)量、穩(wěn)定、可靠的程序。圖4.2系統(tǒng)初始化程序4.2按鍵部分程序設(shè)計流程按鍵模塊的執(zhí)行步驟如下：首先要進行行列鍵的掃描,這個時候要進行一個消除顫動的步驟,然后確定按鍵的位置,輸入相應(yīng)的代碼進行處理。圖4-3中顯示了按鍵模組的子程序的流程。開始開始初始化掃描按鍵進行列掃描進行行掃描顯示按鍵輸入字符結(jié)束圖4.3按鍵模塊子程序流程圖鍵盤掃描子程式,先讀取P2口I/0端口的低四位電平狀態(tài),再讀取輸入/輸出端口的高四位電平狀態(tài),鍵值,并顯示高速緩沖。接著把鍵的數(shù)值轉(zhuǎn)化成ASCII代碼字符,然后就能用軟件設(shè)定鍵的各個鍵所代表的內(nèi)容,編入程序。采用行列式掃描方法讀取按鍵。圖4.4按鍵模塊程序原理圖4.3LCD顯示部分程序設(shè)計流程當(dāng)按鍵鍵入數(shù)值和結(jié)果顯示時,都需要用到OLED作為顯示屏,OLED顯示流程如圖4-3所示。開始開始向緩存數(shù)組裝載字符將緩存數(shù)組存入發(fā)送LCD數(shù)組中發(fā)送最終字符給LCD將需要顯示的字符存入緩存數(shù)組結(jié)束圖4.5OLED顯示流程由圖4.3可以很清楚地看出OLED的顯示流程。顯示模塊程序首先要對顯示模塊進行初始化,主要通過向OLED發(fā)送字符數(shù)組,來達到顯示數(shù)據(jù)。4.4WIFI數(shù)據(jù)上傳程序設(shè)計ESP-12S是通過UART與MCU(USART3)進行連接通訊的，使用在初始化ESP-12S的程序中，其實是在初始化串口3(USART3),而后面的流程都是在使用ESP-12S廠家的AT命令給ESP-12S，通過串口接收到的數(shù)據(jù)，利用字符串分析來判斷程序成功與否。圖4.6WIFI程序流程圖4.5騰訊IoTExplore騰訊云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺（IoTExplorer）是面向智慧生活與產(chǎn)業(yè)互聯(lián)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺，為基于物聯(lián)網(wǎng)的各行業(yè)設(shè)備制造商、方案商及應(yīng)用開發(fā)商提供一站式設(shè)備智能化服務(wù)。平臺提供海量設(shè)備連接與管理能力及基于騰訊連連的小程序應(yīng)用開發(fā)能力，并打通騰訊云云產(chǎn)品及AI能力，聚合騰訊生態(tài)內(nèi)容能力。從而提升傳統(tǒng)行業(yè)設(shè)備智能化的效率，降低用戶的開發(fā)運維成本。旨在提供一個安全、穩(wěn)定、高效的連接平臺，幫助開發(fā)者低成本、快速地實現(xiàn)“設(shè)備-設(shè)備”、“設(shè)備-用戶應(yīng)用”、“設(shè)備-云服務(wù)”之間可靠、高并發(fā)的數(shù)據(jù)通信。物聯(lián)網(wǎng)通信平臺不僅可以實現(xiàn)設(shè)備之間的互動、設(shè)備的數(shù)據(jù)上報和配置下發(fā)，還可以基于規(guī)則引擎和騰訊云產(chǎn)品打通，方便快捷地實現(xiàn)海量設(shè)備數(shù)據(jù)的存儲、計算以及智能分析。騰訊IoT對ESP8266有一個官方的定制的固件，大大的減少了傳入MQTT的參數(shù)。4.6MQTT協(xié)議MQTT協(xié)議是為大量計算能力有限，且工作在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡(luò)的遠程傳感器和控制設(shè)備通訊而設(shè)計的協(xié)議，它具有以下主要的幾項特性：1、使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合；2、對負載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸；3、使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接；4、有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量；5、小型傳輸，開銷很小，協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡(luò)流量；6、使用LastWill和Testament特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機制。MQTT最大優(yōu)點在于，用極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)。4.7cJSON程序設(shè)計cJSON是一個超輕巧，攜帶方便，單文件，可以作為ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)的JSON解析器，是一個用C語言編寫的簡單好用的JSON解析器；它只包含一個C文件和一個頭文件，可以非常容易集成到自己工程項目中。特點：CJSON具有輕巧、快速、易用的特點，可以在嵌入式系統(tǒng)中使用，支持解析和生成JSON格式數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)類型：CJSON支持JSON中的所有數(shù)據(jù)類型，包括null、布爾型、數(shù)字、字符串、數(shù)組和對象。接口：CJSON提供了簡單易用的API接口，包括解析JSON數(shù)據(jù)、生成JSON數(shù)據(jù)、遍歷JSON數(shù)據(jù)等操作。使用場景：CJSON適用于各種嵌入式系統(tǒng)中，可以用于數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)通信等場景。兼容性：CJSON可以在各種不同平臺和編譯器下使用，具有良好的兼容性和可移植性。缺點：CJSON雖然輕量級，但對于大規(guī)模的JSON數(shù)據(jù)解析和生成，效率可能不如其他一些JSON庫。CJSON是一款優(yōu)秀的JSON解析庫，適用于各種嵌入式系統(tǒng)中，具有簡單易用、輕量快速等特點，是嵌入式系統(tǒng)中處理JSON數(shù)據(jù)的不錯選擇。下面是在我們的工程中使用的cJSON的過程：導(dǎo)入CJSON庫：可以從官方網(wǎng)站或GitHub上下載CJSON庫，并將其導(dǎo)入到STM32單片機的工程中。創(chuàng)建JSON對象：在代碼中定義一個CJSON對象，可以使用cJSON_CreateObject()函數(shù)創(chuàng)建一個空的JSON對象。添加JSON數(shù)據(jù)：使用cJSON_AddItemToObject()函數(shù)在JSON對象中添加對應(yīng)的JSON數(shù)據(jù)，例如添加一個字符串可以使用cJSON_AddStringToObject()函數(shù)。生成JSON數(shù)據(jù)：使用cJSON_Print()函數(shù)將JSON對象轉(zhuǎn)換為JSON字符串。解析JSON數(shù)據(jù)：使用cJSON_Parse()函數(shù)將從外部接收到的JSON字符串轉(zhuǎn)換為CJSON對象，然后使用cJSON_GetObjectItem()函數(shù)獲取JSON對象中對應(yīng)的數(shù)據(jù)。釋放內(nèi)存：使用cJSON_Delete()函數(shù)釋放CJSON對象所占用的內(nèi)存。在我們的程序設(shè)計中，首先創(chuàng)建了一個JSON對象root，并添加了一個字符串和一個數(shù)字。然后使用cJSON_Print()函數(shù)將JSON對象轉(zhuǎn)換為JSON字符串，并輸出到終端。接著使用cJSON_Parse()函數(shù)將JSON字符串解析為CJSON對象，并使用cJSON_GetObjectItem()函數(shù)獲取JSON對象中的數(shù)據(jù)。最后使用cJSON_Delete()函數(shù)釋放內(nèi)存。4.8AndroidAPP設(shè)計 AndroidAPP的開發(fā)過程，可以在騰訊云IoT控制臺上，可視化的開發(fā)，圍繞騰訊云IoT的SDK進行二次開發(fā)，可以支持多種控件。第五章系統(tǒng)測試5.1成品制作5.1.1PCB繪制使用立創(chuàng)EDA軟件來繪制PCB板。建立并繪制原理圖。需要了解元件選型，根據(jù)設(shè)計要求來選擇元件規(guī)格，同時要看元件開發(fā)手冊，官方對元件引腳和硬件配置的詳細說明。繪制完原理圖后，進行網(wǎng)絡(luò)檢查，看是否有某元件的引腳漏定義和網(wǎng)絡(luò)交叉。然后就可以根據(jù)原理圖創(chuàng)建PCB。PCB設(shè)計涉及到layout，元件擺放，走線規(guī)則等。圖5.1PCB設(shè)計頂層、底層和3D圖5.1.2準(zhǔn)備工作及制作步驟準(zhǔn)備工具和材料：需要準(zhǔn)備焊接工具，如焊錫、焊臺、烙鐵、吸錫器等，以及焊接材料，如焊錫絲、焊接劑等；進行焊接：根據(jù)電路圖和元件布局圖，依次將電子元件焊接到PCB板上。焊接時要注意焊接溫度、時間和方法，以避免焊接不良或損壞元件；進行外觀檢查：焊接完成后，需要對PCB板進行外觀檢查，檢查焊點是否光滑、焊接是否牢固、元件是否位置正確等；進行電氣調(diào)試：接通電源后，需要進行電氣調(diào)試，檢查電路是否正常工作?？梢允褂萌f用表、示波器等工具進行檢測和分析，以確定電路中存在的問題；進行信號調(diào)試：在電氣調(diào)試完成后，需要進行信號調(diào)試，檢查信號是否正確傳輸?？梢允褂檬静ㄆ鞯裙ぞ哌M行檢測和分析，以確定信號傳輸存在的問題；分析問題：如果在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)電路或信號存在問題，需要進行分析和定位問題?？梢酝ㄟ^逐步排除法、分析電路原理圖等方式，找出問題所在并進行修復(fù)；進行終極測試：調(diào)試完成后，需要進行終極測試，驗證電路是否正常工作?？梢赃M行長時間運行測試和負載測試等，確保電路的可靠性和穩(wěn)定性。注意，在非SMT工藝的情況下，大部分元件為貼片的情況下，需要提前打印鋼網(wǎng)。總之，在進行焊接和調(diào)試分析時，需要細心認真、耐心分析，并根據(jù)具體情況采取合適的方法和工具，以確保電路的正常工作。5.2仿真5.2.1硬件仿真STM32硬件仿真是一種通過軟件模擬STM32芯片的運行狀態(tài)來驗證STM32芯片設(shè)計的方法。這種方法可以在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)硬件問題，節(jié)省了硬件開發(fā)的時間和成本。在進行STM32硬件仿真時，需要注意以下幾點：確認仿真軟件和仿真器的兼容性，選擇合適的仿真器和軟件。確認仿真的電路圖和原理圖與實際硬件一致，檢查連接是否正確。選擇合適的仿真模式，如單步執(zhí)行、斷點調(diào)試等。在仿真過程中，需要仔細觀察仿真結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)問題。5.2.1仿真準(zhǔn)備工作使用Keil5給STM32進行仿真，需要注意的是在進行仿真之前需要確認硬件連接和軟件設(shè)置是否正確，以確保仿真的準(zhǔn)確性。1）必要工具：安裝Keil5軟件和相關(guān)驅(qū)動程序；準(zhǔn)備好STM32芯片和開發(fā)板，仿真器我們選擇ST_LinkV2。2）創(chuàng)建新工程：打開Keil5軟件，點擊“Project”->“NewμVisionProject”；選擇芯片型號和開發(fā)板，點擊“OK”；填寫工程名稱和存儲路徑，點擊“Save”。3）配置芯片和工程：右鍵點擊工程名稱，選擇“OptionsforTarget”；擇“Target”選項卡，設(shè)置芯片型號、仿真器和仿真速度；選擇“Debug”選項卡，設(shè)置調(diào)試器和調(diào)試接口；點擊“OK”保存設(shè)置。4）編寫程序：在工程中添加源文件和頭文件；編寫程序代碼。5）編譯程序：點擊“Build”按鈕，對程序進行編譯，排除不必要的錯誤和警告。6）進行仿真：連接STM32開發(fā)板和仿真器，并設(shè)置仿真器的相關(guān)參數(shù)；點擊“Debug”按鈕，進入仿真模式；在仿真模式中，可以進行單步執(zhí)行、斷點調(diào)試等操作；開始仿真，觀察仿真結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果調(diào)整程序代碼和硬件電路圖。7）停止仿真：在仿真模式中，點擊“Stop”按鈕，停止仿真；斷開STM32開發(fā)板和仿真器的連接。重復(fù)以上步驟，直到達到預(yù)期的仿真效果。總結(jié)本次的畢業(yè)設(shè)計是一個綜合性很強的設(shè)計，需要我們在硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信等方面進行全方位的考慮和實現(xiàn)。本次畢業(yè)設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了一個智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了基于STM32單片機的硬件設(shè)計方案，結(jié)合了WiFi模塊、傳感器、執(zhí)行器等多種元件，實現(xiàn)了題目的主要功能。本次畢業(yè)設(shè)計中，我獨立完成了硬件設(shè)計、軟件編程、服務(wù)器搭建等多項任務(wù)，深入了解了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)知識，并獲得了以下收獲：掌握了STM32單片機的硬件設(shè)計和編程技能，熟練使用了KeilMDK、STM32CubeMX等開發(fā)工具；學(xué)習(xí)了WiFi模塊的接口和通信協(xié)議，了解了TCP/IP、MQTT等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本原理；熟悉了傳感器和執(zhí)行器的接口和工作原理，了解了數(shù)字信號處理的相關(guān)