【IoT毕设.上】STM32+机智云AIoT+实验室安全监控系统

1系统内容要求

(1)测量实验室内的温湿度、烟雾浓度和丙烷浓度；
(2)检测地面漏水情况，漏水时打开水泵排水；
(3)检测门窗入侵情况；
(4)报警方式多种多样；
（5）手机APP远程操控。


2元器件选择

3系统硬件设计
3.1 框图由硬件部分组成
3.1.1.由主控硬件组成

如图3所示.如下所示，由以下部分组成：STM32作为处理中心，烟雾传感器测量烟雾浓度，丙烷传感器测量丙烷浓度，温湿度传感器测量空气中的温度和湿度，蓝牙主机接收副控制数据，在满足条件下触发风扇1电路、风扇2电路和声光报警电路，4G该模块将测量数据传输到云服务器，同时接收手机APP下行指令。




图3.1 主控硬件组成


3.1.由二次控制硬件组成

如图3所示.如下所示，由以下部分组成：STM32作为处理中心，水浸式传感器检测地面是否漏水，人体传感器是否通过，蓝牙从机器将副控制收集到的信息发送给主控制器，声光报警电路和水泵电路在满足条件下触发。






图3.2 副控硬件组成


3.2 人体传感器

选用人体传感器HCSR505感应是否有人通过，以判断门窗入侵[2]。传感器是基于红外线的。当有人在感应角度移动时，它会输出高电平，延迟8秒，否则为低电平。如表3所示.可了解人体传感器的一些参数，也可选择其工作状态，适用于不同场合。
表3.1 HCSR505产品参数表






如表3.2.你可以知道应该给它VCC接5V电压供电，然后GND接地共地，OUT接线电路如图3所示.3.显示。当有人在感应范围内移动时，红外光谱的检测距离会发生变化，信号引脚会输出高电平，反之亦然。通过阅读连接的单片机引脚状态，可以了解是否有人通过，从而了解实验室门窗的入侵情况。

图3.3 HCSR505接线图


3.3 电极式水浸探头

选用水浸探头检测关键地面是否漏水，采用电极式水浸探头，该探头为接触式，即与水接触后才能感觉到。如表3所示.3.可以了解电极水浸探头的工作状态和材料。


表3.3 水浸传感器产品参数






图3.4 水浸传感器接线图


由图3.4.可以看出，水浸传感器的工作原理。当水浸传感器的探头检测到水时，信号通过转换电路，三极管的集电极电压为低电平，如果没有水，则输出高电平。将输出端连接到单片机的引脚上通过阅读引脚的状态，您可以知道地面是否漏水。如果漏水，打开泵，如果没有，则不打开。


3.4 蓝牙无线模块

选取蓝牙模块HC05通过蓝牙连接到主控和副控通信，相互发送数据并传输数据[12]。蓝牙模块的工作状态和工作原理可以通过参数设置找到，其基本参数如表3所示.4所示。
表3.4 蓝牙模块HC05的参数说明








图3.5 HC05接线图


由表3.蓝牙模块可以知道HC05接线方法。目前蓝牙与单片机的连接只需连接4线，VCC连接5V，GND蓝牙接收端连接单片机串口1的发送端，发送端连接单片机串口1的接收端，如图3所示.5所示。

3.5 声光报警电路

利用NPN晶体三极管S9012作为控制的核心，当单片机指为低电平0时V当三极管发射极E为5时V，基极B为0V，基极B和发射极E之间的电压差超过0.7V可以，所以给0V低电平满足了该条件，三极管导通，发光二极管满足导通条件亮起。三极管导通后，蜂鸣器正负极的电压差约足以满足运行所需的电压差3V，报警声。如果单片机给出高电平，则不符合三极管导通的条件。发光二极管不亮，蜂鸣正负极之间没有电压差。声光报警电路如图3所示.6所示。





3.6 继电器电路

继电器使用的型号是SRD-05V-DC-SL-C，它有五个引脚：输入引脚1、输入引脚2、公共端3、常开端4、常闭端5。1.2引脚连接控制电压5V，单片机给高电平3.3V三极管基极B与发射极E之间的导电压为0.7V，发光二极管满足导通条件。常开4和公共端3导通，风扇正极连接继电器常开4，负极接地，常开4和公共端3导通后，有足够的电压驱动风扇工作，否则常闭端5和公共端3导通，风扇没有足够的电压驱动。二极管IN4148的作用是在单片机给出高电平指令的那一刻，避免因电压突然升高而烧坏三极管。其继电器电路如图3所示.7所示。




图3.7 继电器电路


3.7 指示灯电路

指示灯电路对实验室安全监控系统不可或缺，如图3所示.8.如下所示。当单片机给出高电平时，发光二极管导通亮；当给出低电平时，发光二极管不导通[5]。单片机给定的高低电平由测量数据决定。发光二极管不能直接承受3.3V因此，需要电阻来分压。






3.8 气敏传感器

很多人都知道大多数金属都有导电性，敏传感器利用这一原理测量气体浓度。不同的传感器改变不同气体的导电性[7]。MQ烟雾传感器对空气中的烟雾浓度比较敏感，适用于测量烟雾浓度。




图3.9MQ2接线图


由表3.可以看出，实验室的气体浓度需要读取，因此模拟信号输出引脚需要连接AO，然后通过单片机内部AD转换成数字显示[9]，GND接地，VCC连接5V给它供电[1]，如图3所示.让它工作。另一个气敏传感器MQ工作原理和接线图也是如此。
3.9 温湿度传感器


引脚说明如表3所示.如8所示，只需连接正负极，然后连接模拟输出的引脚即可。接线电路如图3所示.10所示。



图3.10 DHT11电路图


3.10 电源接入电路

供电对所有产品至关重要。因此，我们需要接入稳定电压的电源，如图3所示.如11所示，可以看到接入的电源底座是P2，可以通过USB电源转DC直流数据线直接连接到通常使用的家庭电源，为系统提供5V电。6脚自锁开关SW按下时，引脚2、3导通，接入电源可驱动实验室安全监控系统工作。




图3.11 电源接入电路


3.11 4G模块接入电路

对于4G就模块而言，它是Cat模组ML以302为核心，支持频带有LTE-TDD B34/B38/BB39/B40/B41、LTE-FDD B1/B3/B5/B八、平均功耗为1W。它定期向监控平台发送数据，实时监控[11]。引脚说明如表3所示.9所示。






因此，将4G模块连接到STM32最小系统板32时，它将是TXD、RXD接收并发送连接到串口3的引脚，GND单片机连接GND。同时，锂电池的正极应接入4G模块的VCC，给它供电，负极接入单片机GND，其接线如图3.12所示。




图3.12 4G模块接入电路

下一篇包含以下内容：
4系统软件设计
4.1 单片机程序设计
4.1.单片机程序开发环境
4.2 手机APP程序设计
4.2.定时器定时程序

5手机APP的设计
5.1 机智云AIoT的接入流程