基于STM32的智能糧倉系統設計
一、項目背景
隨著糧食質量要求的提高和儲存方式的改變，對于糧倉環境的監測和控制也愈發重要。在過去的傳統管理中，通風、防潮等操作需要定期人工進行，精度和效率都較低。而利用嵌入式技術和智能控制算法進行監測和控制，不僅能夠實時掌握環境變化，還可以快速做出響應。
本項目選擇STM32F103RCT6作為主控芯片，采用DHT11溫濕度傳感器和MQ9可燃氣體檢測模塊進行數據采集，在本地利用顯示屏實時顯示出來。WiFi模塊則用于與手機端實現數據通信和遠程控制，方便用戶隨時了解糧倉環境狀況并進行相應的操作。同時，通過連接繼電器控制通風風扇和蜂鳴器報警，實現了智能化的溫濕度檢測和可燃氣體濃度檢測。
二、硬件選型
【1】主控芯片：STM32F103RCT6，這款芯片具有較高性能、低功耗等特點。
【2】溫濕度傳感器：DHT11，DHT11是一種數字溫濕度傳感器，價格便宜。
【3】可燃氣體檢測模塊：MQ9模塊，MQ9模塊對多種可燃氣體具有敏感性，可以精確檢測可燃氣體濃度。
【4】通風風扇：選擇直流電機作為通風風扇，使用繼電器進行控制。
【5】WiFi模塊：ESP8266，ESP8266是一種低成本的高性能WiFi模塊，支持TCP/UDP協議。
【6】顯示屏：采用7針引腳的OLED顯示屏，SPI接口，分辨率128x64，用于顯示當前溫度、濕度、可燃氣體濃度。
三、設計思路
【1】硬件層
通過STM32F103RCT6控制DHT11和MQ9等模塊進行數據采集。在采集到溫濕度和可燃氣體濃度數據之后，對其進行處理，并判斷是否超過了設定的閾值范圍。如果超過了閾值，就控制繼電器打開風扇，并通過蜂鳴器聲音報警。
ESP8266 WiFi模塊用于與手機端進行通信。ESP8266被配置成AP+TCP服務器模式，通過向服務器發送指令，實現遠程控制風扇及設置相應閾值等操作，并能實時接收糧倉環境狀況信息。
【2】軟件層
STM32的控制程序使用C語言編寫，采用keil軟件進行整體項目開發，對外設進行控制并實現數據采集和智能控制。主要分為采集數據、處理數據、數據顯示、控制繼電器和蜂鳴器等功能模塊。
手機APP采用Qt框架開發，實現對應數據界面顯示和邏輯操作，能夠實時顯示和控制糧倉內部的溫濕度和可燃氣體濃度，并能夠對風扇進行控制。同時，APP界面提供了設置選項，允許用戶設置報警閾值參數。
四、代碼設計
【1】DHT11采集溫濕度
DHT11是一種數字溫濕度傳感器，能夠通過單總線接口輸出當前環境下的溫度和相對濕度。它由測量模塊及處理電路組成，具有體積小、成本低、響應時間快等特點，被廣泛應用于各種環境監測和自動控制系統中。
下面代碼是通過STM32F103RCT6采集DHT11溫濕度數據通過串口打印輸出（使用HAL庫）：
#include "main.h"
#include "dht11.h"
?
UART_HandleTypeDef huart1;
?
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
?
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
?
char temp[20];
char humi[20];
while (1)
{
DHT11_Read_Data(temp, humi); // 讀取DHT11數據
printf("Temperature: %s C, Humidity: %s %%
", temp, humi); // 打印溫濕度數據
HAL_Delay(2000); // 延時2秒
}
}
?
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
?
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_OFF;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
?
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 115200;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
?
void Error_Handler(void)
{
__disable_irq();
while (1)
{
}
}
?
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
?
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
?
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
?
/*Configure GPIO pin : PC13 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
}
?
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *uartHandle)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
if (uartHandle- >Instance == USART1)
{
/* Peripheral clock enable */
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
?
/**USART1 GPIO Configuration
PA9 ------ > USART1_TX
PA10 ------ > USART1_RX
*/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
}
?
void HAL_UART_MspDeInit(UART_HandleTypeDef *uartHandle)
{
if (uartHandle- >Instance == USART1)
{
/* Peripheral clock disable */
__HAL_RCC_USART1_CLK_DISABLE();
?
/**USART1 GPIO Configuration
PA9 ------ > USART1_TX
PA10 ------ > USART1_RX
*/
HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10);
}
}