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基于STM32F103C8T6单片机+DHT11温度传感器+MQ-2烟雾传感器+MQ-4甲烷浓度传感+ESP8266无线传感模块的炼钢厂环境检测方案

来源： elecfans

2022-08-09

类别：工业控制

拍明芯城

原标题：基于STM32F103C8T6单片机的炼钢厂环境检测方案

基于STM32F103C8T6单片机的炼钢厂环境检测方案

1. 方案概述

本设计基于STM32F103C8T6片机的环境检测系统，该系统具备DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、MQ-4甲烷浓度传感器和ESP8266无线传感模块，实现对炼钢厂的温湿度、烟雾和甲烷浓度的实时监测，并通过无线传输将数据传输到服务器进行处理和存储。

2. 系统设计

2.1 主控芯片的选择与作用

STM32F103C8T6单片机

STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，具有以下特点：

72 MHz主频，提供我们的数据处理能力。
64 KB Flash和20 KB SRAM，满足中小型数据需求。
多达37个GPIO引脚，支持多传感器接入。
丰富的外部接口（USART、SPI、I2C等），方便与各种传感器和模块连接。

在本方案中，STM32F103C8T6的作用主要包括：

采集各传感器数据。
数据处理和简单分析。
通过USART与ESP8266模块通信，实现数据的无线传输。
实现系统的整体控制和调度。

2.2 传感器模块

DHT11温湿度传感器

DHT11型常用温湿度传感器，具有以下特点：

测量范围：温度0-50°C，湿度20-90% RH。
测量精度：温度±2°C，湿度±5% RH。
单总线接口，易于与单片机连接。

在本系统中，DHT11用于采集环境湿度数据，帮助监测炼钢厂的环境状况。

MQ-2烟雾传感器

MQ-2是同类产品中水平的气体传感器，能够检测空气中的烟雾、液体化气、烷等，可应用于烟雾报警等领域。其特点包括：

高洞察力，快速响应。
模拟输出，方便与单片机ADC接口连接。

在本系统中，MQ-2用于检测火灾浓度，预防火灾等安全隐患。

MQ-4甲烷浓度传感器

MQ-4指示检测空气中的甲烷（CH4）浓度，具有以下特点：

灵敏性高，响应速度快。
模拟输出，易于处理。

在本省，MQ-4用于炼钢厂内的腐败泄漏情况，避免发生爆炸等危险。

2.3 无线传输模块

ESP8266

ESP8266是一款高集成度的Wi-Fi模块，支持802.11 b/g/n协议，具有以下特点：

支持TCP/IP协议栈。
支持AP和STA模式。
串口通信（USART），便与单片机连接。

在本系统中，ESP8266用于将采集到的环境数据通过Wi-Fi网络承载远程服务器，实现数据的远程监控和管理。

3. 硬件设计

3.1 硬件架构

系统硬件模块如图1所示：

+-------------------+      +-----------------+
|  DHT11 Sensor     |      |  MQ-2 Sensor    |
+-------------------+      +-----------------+
          |                         |
          |                         |
          V                         V
+-------------------------------------------------+
|                STM32F103C8T6                    |
|                                                 |
|  +-----------------+     +-----------------+    |
|  | ADC             |     | USART           |    |
|  +-----------------+     +-----------------+    |
|                                                 |
+-------------------------------------------------+
          |                         |
          |                         |
          V                         V
+-------------------+      +-----------------+
|  MQ-4 Sensor      |      |  ESP8266 Module |
+-------------------+      +-----------------+

3.2 电路设计

DHT11与STM32F103C8T6连接

DHT11通过单总线与STM32F103C8T6连接，使用任意GPIO引脚，如PA0。该引脚配置为输入输出双向模式，以实现数据传输。

MQ-2和MQ-4与STM32F103C8T6连接

MQ-2和MQ-4的模拟输出分别接入STM32F103C8T6的ADC通道，如PA1和PA2。STM32的ADC将模拟信号转换为数字信号，供后续处理。

ESP8266与STM32F103C8T6连接

ESP8266通过USART与STM32F103C8T6通信，分别接TXD和RXD引脚。例如，ESP8266的TXD接STM32的PA9，RXD接PA10。

4. 软件设计

4.1 初始化

初始化包括系统时钟配置、GPIO配置、ADC配置和USART配置。

void System_Init(void) {
    // 配置系统时钟
    SystemClock_Config();

    // 初始化GPIO
    GPIO_Init();

    // 初始化ADC
    ADC_Init();

    // 初始化USART
    USART_Init();
}

4.2 传感器数据采集

DHT11数据采集

void Read_DHT11(void) {
    // DHT11初始化
    DHT11_Init();
    
    // 读取温湿度数据
    DHT11_Read(&temperature, &humidity);
}

MQ-2和MQ-4数据采集

void Read_Gas_Sensors(void) {
    // 读取MQ-2烟雾传感器数据
    smoke_level = ADC_Read(MQ2_ADC_CHANNEL);

    // 读取MQ-4甲烷传感器数据
    methane_level = ADC_Read(MQ4_ADC_CHANNEL);
}

4.3 数据处理与发送

数据处理

void Process_Data(void) {
    // 数据处理，如滤波、转换等
    Process_Temperature_Data(&temperature);
    Process_Humidity_Data(&humidity);
    Process_Smoke_Data(&smoke_level);
    Process_Methane_Data(&methane_level);
}

数据发送

void Send_Data(void) {
    char data_buffer[128];
    
    // 数据格式化
    sprintf(data_buffer, "Temp: %d, Hum: %d, Smoke: %d, Methane: %d", 
            temperature, humidity, smoke_level, methane_level);

    // 通过ESP8266发送数据
    ESP8266_Send(data_buffer);
}

4.4 主循环

int main(void) {
    // 初始化系统
    System_Init();

    while (1) {
        // 读取传感器数据
        Read_DHT11();
        Read_Gas_Sensors();

        // 处理数据
        Process_Data();

        // 发送数据
        Send_Data();

        // 延时，控制采样频率
        HAL_Delay(1000);
    }
}