原标题：基于云平台智能物流仓储系统的环境监测设计方案

基于STM32+DHT11传感器实现云平台智能物流仓储系统的环境监测设计方案

在智能物流仓储系统中，环境监测是保障货物安全、提升仓储管理效率的重要环节。通过实时监测仓储环境中的温度、湿度等关键参数，并结合云平台技术实现数据的远程传输与分析，可以有效预防因环境异常导致的货物损坏，优化仓储管理流程。本文详细阐述了一种基于STM32微控制器与DHT11温湿度传感器的云平台智能物流仓储系统环境监测设计方案，包括系统架构、元器件选型、硬件设计、软件编程及云平台集成等内容。

一、系统概述

本设计旨在构建一个智能物流仓储环境监测系统，通过STM32微控制器采集仓储环境中的温湿度数据，利用DHT11温湿度传感器实现高精度测量，并通过无线通信模块将数据上传至云平台。云平台对接收到的数据进行存储、处理与分析，提供实时监测、历史数据查询、异常报警等功能，支持仓储管理人员通过移动终端或PC端远程监控仓储环境，及时采取调控措施。

二、元器件选型与功能分析

1. STM32微控制器

型号选择：STM32F103C8T6
作用：作为系统的核心控制单元，负责传感器数据的采集、处理及无线通信模块的控制。
选择理由：

• 高性能：基于ARM Cortex-M3内核，主频72MHz，具备强大的运算能力，满足实时数据处理需求。

• 丰富外设：集成UART、SPI、I2C等多种通信接口，便于与DHT11传感器、无线通信模块等外设连接。

• 低功耗：支持多种低功耗模式，适合长时间运行的仓储环境监测系统。

• 开发支持：STM32CubeIDE等开发工具提供了丰富的库函数和示例代码，简化开发流程。

2. DHT11温湿度传感器

型号选择：DHT11
作用：测量仓储环境中的温度与湿度数据。
选择理由：

• 高精度：温度测量精度±2℃，湿度测量精度±5%RH，满足仓储环境监测需求。

• 数字输出：单总线数字信号输出，无需额外ADC电路，简化硬件设计。

• 低成本：价格相对较低，适合大规模部署。

• 易用性：连接简单，仅需三条线（VCC、DATA、GND）即可实现数据采集。

3. 无线通信模块

型号选择：ESP8266 WiFi模块
作用：实现STM32与云平台之间的数据无线传输。
选择理由：

• 集成度高：内置TCP/IP协议栈，支持WiFi通信，简化网络配置。

• 低功耗：支持多种低功耗模式，适合长时间运行的物联网应用。

• 开发支持：提供AT指令集，便于通过串口与STM32通信，实现数据传输。

• 成本效益：价格适中，性能稳定，适合大规模部署。

4. 电源管理模块

型号选择：AMS1117-3.3V稳压芯片
作用：为STM32微控制器、DHT11传感器及无线通信模块提供稳定的3.3V电源。
选择理由：

• 高精度：输出电压稳定，波动小，确保系统稳定运行。

• 低噪声：具备低噪声特性，减少对敏感电路的干扰。

• 保护功能：内置过流、过热保护，提高系统可靠性。

5. 继电器模块

型号选择：SRD-05VDC-SL-C 5V继电器
作用：控制仓储环境中的通风风扇、除湿机等设备，实现环境参数的自动调控。
选择理由：

• 高可靠性：采用优质触点材料，寿命长，接触电阻小。

• 低功耗：驱动电流小，适合STM32微控制器直接驱动。

• 隔离性能：具备光电隔离功能，提高系统安全性。

三、硬件设计

1. 系统架构

本系统主要由STM32微控制器、DHT11温湿度传感器、ESP8266 WiFi模块、电源管理模块及继电器模块组成。STM32微控制器通过GPIO接口与DHT11传感器连接，实现温湿度数据的采集；通过UART接口与ESP8266 WiFi模块连接，实现数据的无线传输；通过GPIO接口与继电器模块连接，实现环境调控设备的控制。电源管理模块为整个系统提供稳定的电源供应。

2. 电路设计

（1）STM32微控制器电路

STM32F103C8T6微控制器通过最小系统电路设计，包括晶振电路、复位电路、电源滤波电路等，确保微控制器稳定运行。晶振电路采用8MHz无源晶振，为微控制器提供稳定的时钟信号；复位电路采用上电复位方式，确保微控制器上电后正常初始化；电源滤波电路采用电容滤波方式，减少电源噪声对微控制器的影响。

（2）DHT11传感器电路

DHT11传感器通过DATA引脚与STM32微控制器的GPIO引脚连接，实现温湿度数据的采集。DATA引脚采用上拉电阻设计，确保数据传输的稳定性。传感器供电采用3.3V电源，与STM32微控制器共用电源管理模块。

（3）ESP8266 WiFi模块电路

ESP8266 WiFi模块通过UART接口与STM32微控制器连接，实现数据的无线传输。模块供电采用3.3V电源，与STM32微控制器共用电源管理模块。模块通过天线接口连接外置天线，提高无线通信的稳定性与距离。

（4）电源管理模块电路

电源管理模块采用AMS1117-3.3V稳压芯片，将输入电压（如5V电池或适配器电压）转换为稳定的3.3V输出电压，为STM32微控制器、DHT11传感器及ESP8266 WiFi模块提供电源。模块输入端采用电容滤波方式，减少输入电压的波动；输出端采用电容滤波与稳压二极管保护方式，确保输出电压的稳定性与安全性。

（5）继电器模块电路

继电器模块采用SRD-05VDC-SL-C 5V继电器，通过GPIO接口与STM32微控制器连接，实现环境调控设备的控制。继电器模块输入端采用光耦隔离方式，提高系统安全性；输出端采用触点连接方式，控制通风风扇、除湿机等设备的开关。

四、软件编程

1. 开发环境

本设计采用STM32CubeIDE作为开发环境，基于HAL库进行编程。STM32CubeIDE提供了丰富的库函数和示例代码，简化开发流程；HAL库提供了统一的硬件抽象层接口，便于代码移植与维护。

2. 主程序流程

主程序流程包括系统初始化、传感器数据采集、数据处理与分析、无线通信传输及环境调控设备控制等步骤。系统初始化阶段完成STM32微控制器、DHT11传感器、ESP8266 WiFi模块及继电器模块的初始化；传感器数据采集阶段通过DHT11传感器采集温湿度数据；数据处理与分析阶段对采集到的数据进行滤波、校准等处理；无线通信传输阶段通过ESP8266 WiFi模块将数据上传至云平台；环境调控设备控制阶段根据云平台下发的指令或本地预设的阈值控制继电器模块，实现环境调控设备的开关。

3. 关键代码实现

（1）DHT11传感器数据采集代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "dht11.h"

#define DHT11_GPIO_PORT GPIOA
#define DHT11_GPIO_PIN GPIO_PIN_6

void DHT11_Mode(uint8_t mode) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if (mode == OUT) {
GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_GPIO_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
} else {
GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_GPIO_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
}

uint8_t DHT11_Check(void) {
uint8_t retry = 0;
DHT11_Mode(IN);
while (HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) && retry < 100) {
retry++;
HAL_Delay(1);
}
if (retry >= 100) return 1;
else retry = 0;
while (!HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) && retry < 100) {
retry++;
HAL_Delay(1);
}
if (retry >= 100) return 1;
return 0;
}

uint8_t DHT11_Read_Bit(void) {
uint8_t retry = 0;
while (HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) && retry < 100) {
retry++;
HAL_Delay(1);
}
retry = 0;
while (!HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN) && retry < 100) {
retry++;
HAL_Delay(1);
}
HAL_Delay(40);
if (HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_PORT, DHT11_GPIO_PIN)) return 1;
else return 0;
}

uint8_t DHT11_Read_Byte(void) {
uint8_t i, dat = 0;
for (i = 0; i < 8; i++) {
dat <<= 1;
dat |= DHT11_Read_Bit();
}
return dat;
}

uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *temp, uint8_t *humi) {
uint8_t buf[5];
uint8_t i;
DHT11_Rst();
if (DHT11_Check() == 0) {
for (i = 0; i < 5; i++) {
buf[i] = DHT11_Read_Byte();
}
if ((buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3]) == buf[4]) {
*humi = buf[0];
*temp = buf[2];
return 0;
}
}
return 1;
}

（2）ESP8266 WiFi模块通信代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "esp8266.h"

UART_HandleTypeDef huart2;

void ESP8266_Init(void) {
// 初始化UART2，用于与ESP8266通信
huart2.Instance = USART2;
huart2.Init.BaudRate = 115200;
huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK) {
// 初始化错误处理
}

// 发送AT指令初始化ESP8266
char cmd[] = "AT
";
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)cmd, strlen(cmd), HAL_MAX_DELAY);
HAL_Delay(1000);

// 连接WiFi网络
char wifi_cmd[] = "AT+CWJAP="SSID","PASSWORD"
"; // 替换为实际的WiFi SSID与密码
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)wifi_cmd, strlen(wifi_cmd), HAL_MAX_DELAY);
HAL_Delay(5000); // 等待连接完成
}

void ESP8266_Send_Data(uint8_t temp, uint8_t humi) {
char data[50];
sprintf(data, "AT+CIPSEND=0,%d
", strlen("{"temp":%d,"humi":%d}
"));
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)data, strlen(data), HAL_MAX_DELAY);
HAL_Delay(1000);

char json_data[50];
sprintf(json_data, "{"temp":%d,"humi":%d}
", temp, humi);
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)json_data, strlen(json_data), HAL_MAX_DELAY);
HAL_Delay(1000); // 等待数据发送完成
}

（3）主程序代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "dht11.h"
#include "esp8266.h"

uint8_t temperature, humidity;

int main(void) {
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART2_UART_Init();

ESP8266_Init();

while (1) {
if (DHT11_Read_Data(&temperature, &humidity) == 0) {
ESP8266_Send_Data(temperature, humidity);
HAL_Delay(5000); // 每5秒上传一次数据
} else {
// 传感器读取错误处理
HAL_Delay(1000);
}
}
}

五、云平台集成

1. 云平台选择

本设计选择阿里云物联网平台作为云平台解决方案。阿里云物联网平台提供了丰富的设备管理、数据存储与分析、规则引擎等功能，支持多种通信协议与设备接入方式，便于与STM32微控制器通过ESP8266 WiFi模块进行数据交互。

2. 设备接入与配置

在阿里云物联网平台上创建产品与设备，获取设备三元组（ProductKey、DeviceName、DeviceSecret）。通过ESP8266 WiFi模块的AT指令集，配置设备连接阿里云物联网平台的MQTT服务器，实现设备与云平台之间的数据通信。

3. 数据上传与处理

STM32微控制器通过ESP8266 WiFi模块将采集到的温湿度数据以JSON格式上传至阿里云物联网平台。云平台对接收到的数据进行解析、存储与分析，提供实时监测、历史数据查询、异常报警等功能。仓储管理人员可以通过阿里云物联网平台提供的Web界面或移动APP远程监控仓储环境，及时采取调控措施。

六、系统测试与优化

1. 系统测试

对系统进行功能测试与性能测试，验证传感器数据采集的准确性、无线通信的稳定性、云平台数据上传与处理的实时性。通过模拟不同仓储环境条件，测试系统对环境异常的响应能力与调控效果。

2. 系统优化

根据测试结果对系统进行优化，包括硬件电路的改进、软件算法的优化、云平台规则引擎的配置等。提高系统稳定性与可靠性，降低功耗与成本，提升用户体验与管理效率。

七、结论与展望

本设计基于STM32微控制器与DHT11温湿度传感器，结合ESP8266 WiFi模块与阿里云物联网平台，构建了一个智能物流仓储环境监测系统。系统实现了仓储环境温湿度的实时监测、数据上传与云平台分析、环境调控设备的远程控制等功能，有效提升了仓储管理效率与货物安全性。未来，可以进一步扩展系统功能，如增加更多环境参数传感器、优化云平台数据分析算法、实现更智能的环境调控策略等，为智能物流仓储系统的发展提供有力支持。