基于STM32的室内有毒气体智能监测系统设计

王龙+王大雷

摘 要：市场上多数有毒气体监测的设备大多存在由于需要测量范围大，造成设备测量的气体过于嘈杂，不精确。由此设计了一款室内精确度高，采用STM32单片机作为核心高性能的智能监测系统的设计。通过传感器对烟雾、温度、天然气、CO等有毒气体的采集，GSM智能报警，和液晶显示相结合的智能监测设计，大大提高了的精确度以及更好的人机交互。

关键词：GSM通信；STM32；室内气体监测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.119

1 背景

由于最近几年，网上及身边连续发生几起室内CO煤气中毒事件，带来致命的伤害。近年来，数据化、网络化、智能化进一步加剧。智能监测能极大提高人们的生活安全水平，能随时随地了解室内的有关情况对于人生财产安全具有重大意义。

2 系统总体设计

系统采用模块化的设计思想，以STM32F103为中央处理单元，通过对烟雾，温度等信号传感器进行数据采集，把这些采集的模拟信号通过A/D转换器转化成数字信号，再送给STM32F103单片机，将采集的数据由STM32F103单片机发送给液晶显示屏进行数据显示以及人机交互，并由其进行逻辑判断处理，如有事故发生，本系统立即会自动启动报警模块进行报警，通过 GSM无线通信模块第一时间向预设的手机号发送报警短信，降低事故的发成。

3 硬件电路设计

硬件电路按照分为电源模块、单片机模块、显示模块、报警模块、传感器模块、GSM模块这六个模块组成。下面分别介绍下这六个模块。

3.1 电源模块电路

整个系统最基础也最为关键的就是电源模块，他需要给各个模块提供电压电流，来给各个模块提供稳定的工作环境。电源模块由220V交流室电通过电源插头转为12V直流电路提供给GSM模块工作，再通过LM2596稳压成5V成为其他传感器和TFT彩屏模块供电，并为单片机模块提供3.3V工作电压，由于多次谐波对弱电系统的干扰特别严重，为减少谐波对弱电系统的干扰，本稳压模块前后均设有滤波电容。

3.2 单片机最小系统模块

此模块是本设计最为核心的地方，采用意法半导体公司生产的STM32F103系列芯片作为本系统的主控，该芯片基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。为本设计提供稳定的系统运行环境。

3.3 传感器模块和GSM模块

温度模块采用DALLAS公司生产的DS18B20传感器，它无需 A/D转换器就可以直接读出被测温度，并且根据实际具体要求实现9～12位的数值讀出方式。GSM模块采用国内正点原子科技公司的一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块SIM900，它主要通过串口传输标准的AT命令对模块进行控制，并具有 GSM 网络通信功能。

3.4 显示模块

显示模块采用3.5寸分辨率为320*480 TFT LCD自带触摸屏，从而可以做到低功耗、高速度、高亮度、高对比度显示室内的温度和烟雾浓度等数据信息，并且可以附带触摸功能，可以与机器进行相关操作实现人机交互，其与外部连接方式如图所示。

3.5 程序设计

开启电源后，单片机系统开始工作，首先初始化UART串口、GSM、外部中断、以及传感器模块，初始化结束程序进入大循环。把温度传感器和烟雾传感器放置好，单片机开始收集传感器的数据，通过单片机处理如果超过预设值则启动LED、蜂鸣器发出报警，同时启动GSM发送报警信息。

3.6 报警模块

设备启动报警模快后，蜂鸣器会发出间断声响，以及LED灯光会发出闪烁信号通知周围人员。

4 结论

本文以 STM32F103系列作为核心控制器，充分发挥其硬件资源丰富、数据处理与实时控制性强的特点。设计出的室内高精度气体检测仪且成本低、实用度高、功能强大、工作稳定可靠并且易于操作和维护。本设计采用了触摸屏的人机互动的操作界面，可以实时准确的修改相关预设值。具有良好的应用价值，是一种新型的室内壁挂式气体智能检测仪器。