毕业设计 单片机stm32的工厂环境检测系统 - 嵌入式 物联网 单片机
文章目录
- 0 前言
- 1 简介
- 2 主要器件
- 3 实现效果
- 4 设计原理
-
- 4.1 BH1750光照模块
- 4.2 RC522
- 4.3 DHT11温湿度传感器
- 4.4 MQ-2烟雾传感器
- 5 部分核心代码
- 5 最后
0 前言
这两年开始毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。
为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是
**基于单片机stm32的工厂环境检测系统 **
学长这里给一个题目综合评分(每项满分5分)
- 难度系数：4分
- 工作量：4分
- 创新点：3分
选题指导, 项目分享：
https://gitee.com/dancheng-senior/project-sharing-1/blob/master/%E6%AF%95%E8%AE%BE%E6%8C%87%E5%AF%BC/README.md
1 简介
基于STM32单片机的电子厂控制系统，该系统利用烟雾传感器和温湿度感应模块检测环境中温湿度及烟雾浓度实时值，ESP8266无线模块将实时值发送至上位机端进行显示，光电感应模块感应是否有人靠近，并利用语音模块进行语音播报提醒。还可以通过刷卡模块来记录厂内的人数当人数超过就会标红报警。
上位机端可以显示温湿度，烟雾以及安全信号。
2 主要器件
- STM32F103C8T6单片机最小系统
- 烟雾传感器
- DHT11温度传感器模块
- 光电感应模块
- 语音模块
- ESP8266无线模块
- 继电器控制模块
- RFID刷卡识别
3 实现效果
4 设计原理
4.1 BH1750光照模块
简介
BH1750是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。BH1750的内部由光敏二极管、运算放大器、ADC采集、晶振等组成。对应广泛的输入光范围(相当于1-65535lx)，最小误差变动在土20%，而且受红外线影响很小。
- 采用ROHM原装BH1750FVI芯片
- 光照度范围: 0-655351x，传感器内置16bitAD转换器直接数字输出，省略复杂计算)省略标定
- 内部包含通信电平转换，与5V单片机I0连接，支持STM32/51/ardunio
- XH2.54接口连接线，方便客户DIY
- 小体积，广泛应用于室内光照检测、蔬菜、苗圃、温室大棚
具体参数
- 采用ROHM原装BH1750FVI芯片
- 供电电源: 3-5v
- 数据范围: 0-65535lx
- 传感器内置16bitAD转换器
- 直接数字输出，省略复杂的计算，省略标定
- 不区分环境光源，接近于视觉灵敏度的分光特性
- 可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定
- 标准NXP 1IC通信协议
- 模块内部包含通信电平转换，与5v单片机IO直接连接
原理图
4.2 RC522
RCC52概述
MF RC522是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。是NXP公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择;
MFRC522的内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。64字节的发送和接收FIFO缓冲区，灵活的中断模式内部振荡器，连27.12MHz的晶体。可实现各种不同主机接口的功能:
- SPI接口
- 串行UART (类似RS232，电压电平取决于提供的管脚电压)
- I2C接口
RCC52命令集
- IDLE命令，MFRC522 处于空闲模式。该命令也用来终J正实际正在执行的命令
CALCCRC命令，FIFO的内容被传输到CRC协处理器并执行CRC计算这个命令必须通过向命令寄存器写入任何一个命令(如空闲命令)来软件清除 - TRANSMIT命令，发送FIFO的内容。在发送FIFO的内容之前必须对所有相关的寄存器进行设置。该命令在FIFO变成空后自动终止
- RECEIVE命令，该命令在接收到的数据流结束时自动终止。
- TRANSCEIVE命令，该循环命令重复发送FIFO的数据，并不断接收RF场的数据。第一个动作是发送，发送结束后命令变为接收数据流。
- MFAUTENT命令(P69，17)，该命令用来处理Mifare认证以使能到任何Mifare普通卡的安全通信。在命令激活前以下数据必须被写入FIFO:认证命令码， 块地址，秘钥，序列号。该命令在Mifare卡被认证且Status2Reg寄存器的MFCrypto1On位置位时自动终止。
- SOFTRESET命令，所有寄存器都设置成复位值。命令完成后自动终止。
4.3 DHT11温湿度传感器
简介
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。
接线
DHT11编码步骤
- 单片机上点后1s内不读取（不重要）
- 主机（单片机）发送起始信号：
- 主机先拉高data
- 拉低data延迟18ms
- 拉高data（通过此操作将单片机引脚设置为输入）。
- 从机（DHT11）收到起始信号后进行应答：
- 从机拉低data，主机读取到data线被拉低持续80us后从机拉高data线， 持续80us，直到高电平结束，意味着主机可以开始接受数据。
- 主机开始接收数据：
- 主机先把data线拉高（io设置为输入）
- 从机把data线拉低，主机读取data线电平，直到低电平结束（大约50us）
- 从机拉高data线后，延迟40us左右（28~70us之间）主机再次读取data线电平，如果为低电平，则为“0”，如果为高电平，则为“1”。
- 继续重复上述1,2步骤累计40次。
4.4 MQ-2烟雾传感器
简介
MQ-2常用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。故因此，MQ-2可以准确来说是一个多种气体探测器。
MQ-2的探测范围极其的广泛。它的优点：灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单。
二、MQ-2的工作原理
MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。
5 部分核心代码
#include "bh1750.h"
#include "sys.h"
/*
应用说明：
在访问I2C设备前，请先调用 i2c_CheckDevice() 检测I2C设备是否正常，该函数会配置GPIO
*/
static void I2C_BH1750_GPIOConfig(void);
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_Delay
* 功能说明: I2C总线位延迟，最快400KHz
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void i2c_Delay(void)
{
uint8_t i;
/*
下面的时间是通过逻辑分析仪测试得到的。
工作条件：CPU主频72MHz ，MDK编译环境，1级优化
循环次数为10时，SCL频率 = 205KHz
循环次数为7时，SCL频率 = 347KHz， SCL高电平时间1.5us，SCL低电平时间2.87us
循环次数为5时，SCL频率 = 421KHz， SCL高电平时间1.25us，SCL低电平时间2.375us
*/
for (i = 0; i < 10; i++);
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_Start
* 功能说明: CPU发起I2C总线启动信号
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_Start(void)
{
/* 当SCL高电平时，SDA出现一个下跳沿表示I2C总线启动信号 */
BH1750_I2C_SDA_1();
BH1750_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SDA_0();
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_Start
* 功能说明: CPU发起I2C总线停止信号
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_Stop(void)
{
/* 当SCL高电平时，SDA出现一个上跳沿表示I2C总线停止信号 */
BH1750_I2C_SDA_0();
BH1750_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SDA_1();
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_SendByte
* 功能说明: CPU向I2C总线设备发送8bit数据
* 形 参：_ucByte ： 等待发送的字节
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_SendByte(uint8_t _ucByte)
{
uint8_t i;
/* 先发送字节的高位bit7 */
for (i = 0; i < 8; i++)
{
if (_ucByte & 0x80)
{
BH1750_I2C_SDA_1();
}
else
{
BH1750_I2C_SDA_0();
}
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_0();
if (i == 7)
{
BH1750_I2C_SDA_1(); // 释放总线
}
_ucByte <<= 1; /* 左移一个bit */
i2c_Delay();
}
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_ReadByte
* 功能说明: CPU从I2C总线设备读取8bit数据
* 形 参：无
* 返 回 值: 读到的数据
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t i2c_ReadByte(void)
{
uint8_t i;
uint8_t value;
/* 读到第1个bit为数据的bit7 */
value = 0;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
value <<= 1;
BH1750_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
if (BH1750_I2C_SDA_READ())
{
value++;
}
BH1750_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}
return value;
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_WaitAck
* 功能说明: CPU产生一个时钟，并读取器件的ACK应答信号
* 形 参：无
* 返 回 值: 返回0表示正确应答，1表示无器件响应
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t i2c_WaitAck(void)
{
uint8_t re;
BH1750_I2C_SDA_1(); /* CPU释放SDA总线 */
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_1(); /* CPU驱动SCL = 1, 此时器件会返回ACK应答 */
i2c_Delay();
if (BH1750_I2C_SDA_READ()) /* CPU读取SDA口线状态 */
re = 1;
else
re = 0;
BH1750_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
return re;
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_Ack
* 功能说明: CPU产生一个ACK信号
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_Ack(void)
{
BH1750_I2C_SDA_0(); /* CPU驱动SDA = 0 */
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_1(); /* CPU产生1个时钟 */
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SDA_1(); /* CPU释放SDA总线 */
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_NAck
* 功能说明: CPU产生1个NACK信号
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void i2c_NAck(void)
{
BH1750_I2C_SDA_1(); /* CPU驱动SDA = 1 */
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_1(); /* CPU产生1个时钟 */
i2c_Delay();
BH1750_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: I2C_BH1750_GPIOConfig
* 功能说明: 配置I2C总线的GPIO，采用模拟IO的方式实现
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void I2C_BH1750_GPIOConfig(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(BH1750_RCC_I2C_PORT, ENABLE); /* 打开GPIO时钟 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BH1750_I2C_SCL_PIN | BH1750_I2C_SDA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; /* 开漏输出 */
GPIO_Init(BH1750_GPIO_PORT_I2C, &GPIO_InitStructure);
/* 给一个停止信号, 复位I2C总线上的所有设备到待机模式 */
i2c_Stop();
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: i2c_CheckDevice
* 功能说明: 检测I2C总线设备，CPU向发送设备地址，然后读取设备应答来判断该设备是否存在
* 形 参：_Address：设备的I2C总线地址
* 返 回 值: 返回值 0 表示正确， 返回1表示未探测到
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t i2c_CheckDevice(uint8_t _Address)
{
uint8_t ucAck;
i2c_Start(); /* 发送启动信号 */
/* 发送设备地址+读写控制bit（0 = w， 1 = r) bit7 先传 */
i2c_SendByte(_Address | BH1750_I2C_WR);
ucAck = i2c_WaitAck(); /* 检测设备的ACK应答 */
i2c_Stop(); /* 发送停止信号 */
return ucAck;
}
//BH1750写一个字节
//返回值 成功：0 失败：非0
uint8_t BH1750_Byte_Write(uint8_t data)
{
i2c_Start();
//发送写地址
i2c_SendByte(BH1750_Addr|0);
if(i2c_WaitAck()==1)
return 1;
//发送控制命令
i2c_SendByte(data);
if(i2c_WaitAck()==1)
return 2;
i2c_Stop();
return 0;
}
//BH1750读取测量数据
//返回值 成功：返回光照强度 失败：返回0
uint16_t BH1750_Read_Measure(void)
{
uint16_t receive_data=0;
i2c_Start();
//发送读地址
i2c_SendByte(BH1750_Addr|1);
if(i2c_WaitAck()==1)
return 0;
//读取高八位
receive_data=i2c_ReadByte();
i2c_Ack();
//读取低八位
receive_data=(receive_data<<8)+i2c_ReadByte();
i2c_NAck();
i2c_Stop();
return receive_data; //返回读取到的数据
}
//BH1750s上电
void BH1750_Power_ON(void)
{
BH1750_Byte_Write(POWER_ON);
}
//BH1750s断电
void BH1750_Power_OFF(void)
{
BH1750_Byte_Write(POWER_OFF);
}
//BH1750复位 仅在上电时有效
void BH1750_RESET(void)
{
BH1750_Byte_Write(MODULE_RESET);
}
//BH1750初始化
void BH1750_Init(void)
{
I2C_BH1750_GPIOConfig(); /* 配置GPIO */
BH1750_Power_ON(); //BH1750s上电
//BH1750_RESET(); //BH1750复位
BH1750_Byte_Write(Measure_Mode);
//SysTick_Delay_ms(120);
}
//获取光照强度
float LIght_Intensity(void)
{
return (float)(BH1750_Read_Measure()/1.1f*Resolurtion);
}
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "rc522.h"
#include "beep.h"
#include "oled.h"
u8 RC522_lock(void);//刷卡解锁
u8 cardid[6]={0,0,0,0,0,0}; //卡号1
//MFRC522数据区
u8 mfrc552pidbuf[18];
u8 card_pydebuf[2];
u8 card_numberbuf[5];
u8 card_key0Abuf[6]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
u8 card_writebuf[16]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
u8 card_readbuf[18];
int main(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
LED_Init(); //LED端口初始化
KEY_Init(); //初始化与按键连接的硬件接口
RC522_Init(); //初始化射频卡模块
// BEEP_Init(); //初始化蜂鸣器
OLED_Init(); //初始化OLED
OLED_Clear(); //清屏
OLED_ShowCHinese(0,5,9); //刷
OLED_ShowCHinese(15,5,2); //卡
OLED_ShowCHinese(30,5,12); //显
OLED_ShowCHinese(45,5,13); //示
while(1)
{
RC522_Handel();
}
}