[開源代碼]基於STM32的環境檢測與報警系統

前言

隨着物聯網和智能硬件的發展，環境檢測在工業、農業以及家庭自動化中變得越來越重要。傳統的環境監測多依賴單一傳感器，無法實現多參數同時監控，也難以針對不同參數設定獨立的安全閾值。

本項目基於STM32F103ZET6單片機設計了一套環境檢測與報警系統，可同時檢測水位、温度、濕度和亮度，並能為每個參數單獨設置安全範圍。一旦檢測到環境參數超出設定閾值，系統即可發出報警提示，從而有效保護環境安全或生產安全。這一設計不僅是一次STM32課程設計的實踐，更是對嵌入式系統開發能力的全面訓練。

源碼分享

直接放到之前寫的文章裏了，免費開源，下載學習即可。
https://blog.csdn.net/weixin_52908342/article/details/155618078

項目概述

本系統的主要目標是實現一個多功能、可配置的環境監測平台，核心功能包括：

1. 水位檢測：監測水位變化，防止液體溢出或乾涸。
2. 温度檢測：實時監測環境温度，可用於防止過熱或過冷。
3. 濕度檢測：監測空氣濕度，適用於農業或倉儲環境。
4. 亮度檢測：根據光照強度提供環境光檢測，適用於温室、智能照明等場景。
5. 閾值報警：每個參數可獨立設置安全範圍，一旦超出範圍即可觸發報警。

在硬件和軟件設計上，本項目充分運用了STM32F103ZET6的外設功能，包括UART通信、GPIO控制、ADC採樣等，並採用C語言實現了邏輯控制和數據處理功能。

系統硬件設計

核心控制器

• STM32F103ZET6
  作為系統主控芯片，STM32F103ZET6具有豐富的GPIO接口、多個ADC通道以及UART通信功能，非常適合用於多傳感器數據採集和處理。

傳感器模塊

1. 水位傳感器
   使用簡單的液位開關或模擬液位傳感器，將水位信號通過ADC接口採集。
2. 温度傳感器
   可選擇DS18B20數字温度傳感器或LM35模擬温度傳感器，通過單片機讀取温度數據。
3. 濕度傳感器
   常用DHT11或DHT22數字濕度傳感器，通過GPIO口讀取數據。
4. 光照傳感器
   光敏電阻(LDR)與分壓電路連接到ADC通道，實現環境亮度測量。

報警與顯示模塊

• 報警指示：蜂鳴器或LED指示燈，當某項參數超出安全範圍時觸發。
• 串口輸出：通過UART接口將監測數據和報警狀態發送至上位機或串口調試助手，方便實時監控。

軟件設計

系統架構

系統採用輪詢採樣 + 閾值判斷的模式，每個傳感器的數據通過ADC或GPIO讀取後，進行數值轉換，並與用户設定的安全範圍進行比較，超出範圍則觸發報警。

主要模塊包括：

1. 初始化模塊

   • 初始化GPIO口、ADC通道和UART接口
   • 初始化定時器（用於週期性採樣）

2. 數據採集模塊

   • ADC採集水位和光照模擬信號
   • DHT採集温濕度數字信號

3. 數據處理模塊

   • 將傳感器原始數據轉換為實際物理量
   • 與安全閾值比較，生成報警標誌

4. 報警模塊

   • 當任何參數超出閾值時，點亮LED並驅動蜂鳴器
   • 通過UART輸出報警信息至上位機

5. 用户交互模塊

   • 用户可通過串口命令修改各參數的安全閾值
   • 系統實時返回當前值及報警狀態
     

樣例代碼

// ADC採樣水位示例
uint16_t Read_Water_Level(void) {
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

// 閾值判斷與報警
void Check_Thresholds(void) {
    uint16_t water = Read_Water_Level();
    float temp = Read_Temperature();
    float hum = Read_Humidity();
    uint16_t light = Read_Light();

    if(water > WATER_MAX || water < WATER_MIN) Trigger_Alarm();
    if(temp > TEMP_MAX || temp < TEMP_MIN) Trigger_Alarm();
    if(hum > HUM_MAX || hum < HUM_MIN) Trigger_Alarm();
    if(light > LIGHT_MAX || light < LIGHT_MIN) Trigger_Alarm();
}

功能演示與調試

在系統調試階段，通過串口將各傳感器數據實時輸出，並在上位機進行可視化。通過調整閾值參數，可以驗證報警功能的準確性和靈敏度。例如：

• 當水位超過設定上限時，蜂鳴器立即響起，同時LED閃爍。
• 當温度低於最低安全温度時，系統通過UART輸出“温度過低報警”信息。
• 光照不足時，可觸發照明控制或報警提示。

通過模塊化設計，每個功能都可以獨立測試，確保系統穩定運行。

總結與展望

本項目成功實現了基於STM32的環境檢測與報警系統，能夠同時監測水位、温度、濕度和亮度，並對每項參數獨立設置安全範圍，實現報警提示。

通過這一課程設計，不僅加深了對STM32硬件資源的理解，也提高了使用C語言進行嵌入式系統開發的能力。未來可以在此基礎上進一步擴展：

• 無線傳輸：通過ESP8266或LoRa模塊將數據上傳雲端，實現遠程監控。
• 數據記錄與分析：在SD卡或雲端存儲歷史數據，進行趨勢分析。
• 智能控制：結合繼電器或電機，實現環境參數自動調節（如自動澆水、開燈等）。

這一系統為嵌入式環境監測提供了完整的解決方案，也為實際工業或家庭應用奠定了基礎。