基于STM32F103C8T6单片机的电影院环境检测方案

一、方案概述
本方案旨在针对现代电影院内环境进行实时监测，通过多种传感器采集温度、湿度、CO₂浓度、光照强度、噪声等关键指标，并将数据通过串口或无线方式传输至中央控制系统，实现对放映厅环境的智能化管理。系统以STM32F103C8T6为核心控制单元，结合优选传感器和通信模块，具备高精度、低功耗、易扩展等特点。

二、系统硬件组成
本方案硬件部分主要包括：STM32F103C8T6主控模块、电源管理模块、多种环境传感器模块、通信模块及显示模块。各模块间通过I²C、SPI、UART等总线进行数据交互，整体结构清晰、模块化设计便于维护和升级。

三、核心单片机——STM32F103C8T6
STM32F103C8T6基于ARM Cortex-M3内核，主频最高可达72MHz，内置64KB Flash和20KB SRAM，丰富的外设接口（USART、I²C、SPI、ADC、DMA等）满足多传感器并发采集需求。其功耗低、生态成熟、开发资源丰富，是本方案的理想选择。

• 型号：STM32F103C8T6

• 作用：作为系统主控，负责传感器数据采集、预处理、存储及通信调度

• 选择理由：高主频与大内存支持复杂算法，丰富外设简化硬件接入，Cost-effective，社区和文档支持完善

• 功能：实现多路传感器数据采集、实时数据处理、外部通信和状态指示

四、电源管理模块
为保证系统稳定运行，需要设计高效、可靠的电源方案。

• 稳压芯片：AMS1117-5.0／AMS1117-3.3

• 作用：将外部5V电源降压为3.3V和5V，分别为MCU、传感器及通信模块供电

• 选择理由：输出电压精度高（±1%）、最大输出电流1A，封装SOT-223，易于散热

• 功能：提供双路稳压输出，支持浪涌保护

• 电源滤波：10μF电解电容＋0.1μF陶瓷电容

• 作用：滤除高频噪声，稳定电压

• 选择理由：组合补偿高低频噪声，价格低廉且易获取

• 功能：保证MCU及传感器供电稳定

五、环境传感器模块

1. 温湿度传感器——SHT30

• 型号：Sensirion SHT30

• 作用：高精度采集环境温度（±0.3℃）和相对湿度（±2%RH）

• 选择理由：I²C接口，软件库成熟，封装防水，可长时间稳定工作

• 功能：实时提供温湿度数据，支持低功耗单次测量模式

2. CO₂传感器——MH-Z19B

• 型号：Winsen MH-Z19B

• 作用：检测放映厅内CO₂浓度，量程0–5000ppm，精度±50ppm

• 选择理由：红外非色散技术（NDIR），耐老化，响应速度快

• 功能：定时或按需测量CO₂，并通过UART总线输出数据

3. 光照传感器——BH1750FVI

• 型号：ROHM BH1750FVI

• 作用：测量环境光照强度，量程1–65535 lux

• 选择理由：I²C通信，内置光电二极管和ADC，自动校准功能

• 功能：用于监测照明水平，结合投影灯光管理，提高观影体验

4. 噪声传感器——MAX4466+可调增益麦克风

• 型号：MAX4466麦克风放大器模块

• 作用：采集环境噪声电平，输出模拟信号给ADC通道

• 选择理由：可调增益方便适配不同场景，频响范围宽

• 功能：监测放映过程中的音量水平，并记录异常噪声

六、通信模块
为满足现场数据上传和远程监控需求，可选用以太网或无线传输方案。

1. W5500以太网模块

• 型号：WIZnet W5500

• 作用：通过SPI接口实现以太网通信，支持TCP/UDP/HTTP等协议

• 选择理由：硬件TCP/IP内核，减轻MCU负担；稳定可靠，适合有线部署

• 功能：实时上传环境数据至服务器或本地管理终端

2. ESP8266无线模块

• 型号：AI-Thinker ESP-12F (ESP8266)

• 作用：通过UART或串口软件模拟方式进行Wi-Fi通信

• 选择理由：成本低、Wi-Fi覆盖广、社区支持丰富

• 功能：将数据推送至云端平台，实现移动端实时监控

七、显示与人机交互
采用2.8英寸TFT彩屏模块，同时预留按键和LED指示灯实现本地状态查看。

• 屏幕模块：ILI9341驱动的2.8″ TFT LCD

• 作用：图形化展示环境参数、历史曲线及警报信息

• 选择理由：驱动成熟，分辨率320×240，SPI接口降低引脚占用

• 功能：通过Touch或按键操作查看菜单及历史数据

• 按键模块：4×4矩阵按键或独立按键

• 作用：用于模式切换、数据浏览和校准操作

• 选择理由：响应灵敏、成本低

• 功能：实现本地快速操作

• 状态指示灯：RGB三色LED

• 作用：不同颜色指示系统运行状态及环境预警

• 选择理由：直观易识别

• 功能：红灯表示超标报警，绿灯表示正常，蓝灯表示通信状态

八、软件设计要点

1. 底层驱动：基于HAL库或StdPeriph库编写I²C、SPI、UART、ADC等外设驱动；利用DMA和中断提高采样效率。

2. 数据采集与滤波：对温湿度、CO₂、光照进行多次采样并取均值，噪声信号通过简单数字滤波处理。

3. 任务调度：采用FreeRTOS实现多任务并发管理，分别负责传感器采集、数据处理、通信上报和显示更新。

4. 数据存储：本地使用EEPROM或SD卡记录历史数据，关键异常情况存入片内Flash。

5. 异常报警：超限时触发蜂鸣器及指示灯报警，并通过通信模块发送告警消息至监控中心。

九、系统性能及优势
本方案具有如下优势：响应速度快、精度高、功耗低、可扩展性强；模块化设计便于维护，支持多种通信方式；软件架构清晰，易于后续功能升级。可广泛应用于影院、剧场、展览馆等需要环境监测的场所。

十、结论
基于STM32F103C8T6的电影院环境检测方案，通过精心选型的传感器和可靠的通信模块，实现了对温度、湿度、CO₂、光照、噪声等关键环境参数的实时监测与报警，为电影院提供了智能化、可视化的环境管控手段，提升了观众舒适度与安全性。