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STM32驱动的智能WiFi烟雾报警系统:实时监测与低成本设计
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更新于2024-06-25
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该文档详细介绍了基于STM32的智能WIFI烟雾报警系统的设计与实现。系统核心部分采用了STM32作为微处理器,MQ-2烟雾传感器通过A/D转换器将其信号转换为数字信号,以便微处理器能够处理。STM32的集成特性使得系统具有较高的实时性,且其稳定的性能和多IO口设计提供了良好的扩展性。 在硬件设计上,系统包括电源和启动模块、按键LED控制、ADC用于烟雾浓度的测量、USART用于串行通信、以及定时器等基本组件。其中,电源管理确保系统的稳定运行,按键和LED则提供用户交互,ADC负责将模拟信号转化为数字信号,便于后续处理。USART被用于与ESP8266 WiFi模块进行通信,将烟雾浓度数据发送至云端的机智云平台,实现实时监控。 在软件开发方面,着重研究了STM32客户端的建立,即如何配置微控制器与WiFi模块的连接,并进行相应的应用程序开发。系统使用Espressif的ESP8266 WiFi芯片作为无线传输组件,确保数据高效传输。此外,文档还提到传感器数据采集、ADC和USART调试以及主体应用程序的开发流程,这些都构成了整个报警系统的核心功能。 文档强调了系统的实用性,如实时性、成本效益(相比于市场上的产品价格低得多)、以及学习性和易用性。STM32的选择使得系统具有较高的性价比,且适应于嵌入式学习和应用。 总结来说,该系统是一个结合物联网技术、微控制器和云平台的创新解决方案,旨在提升家庭和商业环境中的消防安全。通过实时监测和远程报警,它有效降低了火灾风险,体现了科技进步在提升生活安全方面的积极作用。
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该控制器具有 2 个 12 位的模数转换器,多达 16 个通道,采用逐次逼近算法
的 AD 转换器,可单次、连续、扫描模式执行。以左对齐的方式在 16 位数据寄存
器中存放转换结果,以中断的方式通过 DMA 读取。同时 STM32F103c8t6 还具有 3
个 USART。以及标准 JTAG 调试接口,可接各种通用仿真器。还有在本系统中使
用的 2 个按键以及 LED 灯。还有 20P-GPIO 排针和 USB 接口。
本次使用的芯片原理图如下:
图 2-2 STM32F103C8T6 CPU 原理图
2.2.2 烟雾传感器模块介绍
前面已经介绍了 MQ-2 的物理特性,这里介绍一下 MQ-2 的电路基本工作原
理。MQ-2 采用的是电阻式设计。其内部由 AL203 陶瓷管以及 Sn02 敏感层组成,
测量电机及加热器构成的敏感原件构成了它的工作环境。当传感器所在环境中存
在可燃气体的时候,其电导率随空气中可燃气体的浓度呈对数级增长。
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图 2-3 MQ-2 电路图
2.2.3 WIFI 模块介绍
本系统的 WIFI 模块采用的是 espressif 的 Esp8266 芯片。
ESP8266 相较于其他 WIFI 芯片有以下优点:其价格非常便宜,为其他 wifi
芯片的二分之一不到,并且设有标准的外设数字接口,可方便供编程使用,为其
烧录专用的编程固件即可使其实现编程的功能,Esp8266 还集成了 32 位的 tensilica
处理器,并且外围电路占用少,可将所占 pcb 空间降至最低。此产品是物联网应
用的专用产品,具有多项专用技术实现了超低功耗。其省电模式适用于各种场景。
2.3 系统设计说明
系统图如图 2 -1 所示,由烟雾传感器 MQ-2 采集数据转换为电压值,而 MQ-2
连接 STM32F103xx 的 ADC 通过 AD 转换将电压值转换为阿拉伯数字,再通过数
学计算转换为气体浓度,然后 STM32F103xx 又通过 ESP8266 芯片传输浓度值到
云平台(如机智云),然后在云平台预设预警值。开始时 STM32 的 LED1 亮起红
色,当浓度超过预警值时,LED 灯开始闪烁,并启动蜂鸣器(未实装)。以提醒
防止火灾发生。
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