【IoT毕设.3】STM32单片机+机智云AIoT+猪舍监测与系统硬件设计
最后更新：2022-07-21 03:23:54 手机定位技术交流文章
内容:介绍、意义及研究内容
下载: 完成IoT。 Esp8266+机器智能云AIoT+猪屋监控系统的设计和实现
第二部分内容:系统总体设计
下载: 完成IoT.2 STM32F407单片机+智能云AIoT+蛇屋监控及系统整体设计
第三部分内容:系统硬件设计
每个硬件模块的合理配置和有效协调是构建系统硬件平台的基础。本章将详细介绍系统硬件组件,这些包括微处理器(MCU),功率模块,传感器检测模块,数据传输模块,显示模块,控制模块和报警模块。整个系统硬件框架在图3中显示。
3.1微处理器
该系统选择STM32F407ZGT6芯片单片机,该系统的功能是通过产生正点原子的“探索者”开发板实现的。该开发板资源丰富，本设计的主要开发板资源是:主控芯片、晶体管、液晶显示器、ATK-Module模块、JTAG模拟下载接口、W25Q128FLASH、8位内存、输出IO接口及供电,开发板的实际图象如图3。
3.2电源模块
为了确保微处理器上的有关硬件正常运行,需要一个稳定的可靠的电源供应。本系统组件的正常工作电压为3.3V和5V,还有一些电动机需要使用高电流,因此,电源电路需要与模拟电路和数字电路进行有效的分离。并通过减压芯片逐步降低电压.
图3所示的电路,如上文第3段所示,首先,通过7805的三向稳定电压集成电路,将电压从12V降低到5V,它后来被AMS 117-3取代。 该3芯片将电压降低到3.3V,这满足了供电的许多组件的需求。为了确保电力供应的稳定,还必须在电力源的正极和负极之间设置多个容量,为了抑制电压波动,提高数字电源和模拟电源之间的敏感性,以隔离电机的影响。
图3.3功率模块电路图
3.3传感器检测模块
传感器检测模块由六个部分组成:光强度检测模块、温度湿度检测模块、氨检测模块、人敏度检测模块、火焰检测模块和雨滴检测模块。
3.3.1光强度检测模块
为了高精度地监测猪笼草环境中的光强度,该模块使用GY-302传感器,图3.图4.传感器集成了BH1750FVI芯片,一个独立的16位AD转换器。IIC总线协议在单片机之间使用,不需要使用ADC收购,当前光强度的数字结果可以直接得到.其测量范围为0-65535 Lux,分辨率接近人眼对亮度的敏感性.它具有高精度和高分辨率的优点.
图3.4GY-302传感器物理图
GY-302传感器有五个抽屉,包括VCC、GND、SCL、SDA和ADDR,VCC连接到正极3.3V,GND接地。SCL是连接单片机的时钟线PB8端口,SDA将数据线连接到单片机PB9端口,ADDR是注册表的地址参数.
3.3.2温度和湿度检测模块
虽然STM32有一个内部温度传感器,但由于芯片的温度等等,这导致实际温度与外部环境的差异很大。所以在本模块中，DHT11被用于监测猪窝环境的温度和湿度。如图3所示的对象。它可以同时收集外部环境的温度和湿度数据,温度测量范围为:0°C-50°C,湿度测量范围为20%-95% RH[44]。它与单片机联合使用,单片机读取数据后，向显示模块发送显示,所得的温度和湿度值也可以作为控制模块操作的基础。
图3.5DHT11对象图
DHT11传感器有四个驱动器,它们是:VCC、GND、DATA和NC。其中，NC并无实际功能，将其与电源地连接，确保零功率; 用于微处理器和DHT11传感器之间的通信和同步数据,采用单线总线数据格式,一个通信时间大约4ms[45],连接PG9端口到单片机。
3.3.3氨检测模块
监测猪笼草环境中的氨浓度,该模块使用MQ137传感器,如图3所示的物体。这是一个电化学金属氧化物传感器模块,对氨气的灵敏度高，可以检测各种含氨气体[46]。它的气体敏感元素是氧化锡,不同浓度的污染物的电导率不同,然后将电导性变化转化为输出信号,检测范围为0-500ppm,它是一种广泛使用的低成本传感器。
图3.6MQ137传感器对象图
该设计采用AO模式输出,将PA5端口连接到单片机上,输出ADC值以公式转换为特定氨浓度值,并发送到显示屏显示。但模块输出的模拟电压为0-5V,因此,你需要使用两个10K精度电阻来进行序列分离电压,把一个电阻的电压作为采样值.
3.3.4人类感官模块
人体传感器模块由人体红外传感器组成.它可以通过物体在检测区域中发出的红外光来测量,从而监测区域内是否有人经过。本模块使用HC-SR501人感模块,具体外观见图3。如第7段所示,它非常易于使用，可以实现全自动感知.人进入其感应范围则输出高电平；人离开感应范围则延时一段时间(8-200秒，(可调整时间)低输出水平,延迟估计为8秒[46]。如果人们总是在检测范围之内,则一直输出高电平，离开检测范围时延迟时间的起点.
图3.7人体传感器的物理图
人体感应传感器有3个引脚，VCC、GND以及OUT数字输出引脚。其中VCC接3.3V，GND接地，OUT引脚接单片机PF3端口。该传感器安装于猪舍入口的大门上方，当工作人员靠近时，可以自动响应。
3.3.火警检测模块5
该模块使用远程红外火焰传感器,如图3所示的对象。它由各种燃烧产品、中间体、高温气体、碳氢化合物和无机高温固体粒子组成。它可以探测从760nm到1100nm的波长的火焰或光源。检测角度为60°[48]。其中，当红外波长约为880纳米时,灵敏度最大。
图3.8火警传感器图
传感器采用宽压LM393比较器和可调电阻,输出格式是一个数字开关输出.有火焰时，输出TTL高压级1;没有火焰时,输出TTL低压级0.使用单片机的输入PF0来测定电位,这决定了环境中是否有闪电。设置火焰检测模块的目的是为了保护该系统的安全,如果有电设备被烧毁,可以及时报警。
3.3.6雨滴检测模块
雨滴传感器可以检测雨量和雨量,简单、易于使用、小尺寸、轻量、高成本效益,可以将降雨信号转换为数字信号和模拟信号输出.传感器采用优质FR-04双边材料,配置了5cm*4cm检测面板,并采用镀镍工艺，具有抗氧化和防止腐蚀的能力,具体外观见图3。如图9a所示,图3.9b显示了电路控制。
在该设计中,传感器的DO模式输出用于连接单片机PF7端口,放置传感器面板在猪笼子窗上,在传感器面板检测雨滴时输出低水平,在传感器面板检测雨滴时输出高水平。
3.4控制模块
该系统控制模块包括照明灯、加热灯、风扇、水泵和电幕。弱电的方案控制强电.其中，灯具实现辅助照明功能;加热灯具实现提高猪笼温度的功能;通风扇实现降低温度、湿度和排放有害气体到环境的功能;泵实现冷却猪笼的强大功能,它的电路连接是图3所示。
图3.10继电器设备控制电路连接图
单芯片部分使用5V或3.3V的电源电路,可以输出低压控制信号;控制电路采用220V的民用交流,它用于控制相应的电路运动;继电器开关是弱电和强电之间的桥梁。如图3所示,项目11所示的继电器设备,右侧有三个引脚，IN是开关信号的输入端,接单片机控制引脚，5V或3V输出VCC连接器,3V电源,GND接地。
图3.11继电器实时图
电动窗帘是一种使用转向机实现窗帘开关状态的装置。收到开关窗电报后,舵机启动，力矩经过齿轮传动，作用到卷轴上，从而实现上下滚动窗帘的效果,图3.图12.这个系统使用了转向轮驱动的窗帘,当舵轮反时针转动时,窗帘被打开。当转向轮按时旋转时,窗帘是关闭的。转向机的工作电压为12V,脉冲信号线连接单片机PF9端口,通过接收一个单片机发送的PWM(脉冲调制信号)信号,实施猪窝窗帘的升降.
3.12图电幕图
3.5数据传输模块
在第二篇文章中,我们讨论了实现系统终端与云平台数据传输的 WIFI 方法。该系统的数据传输模块由莱西恩选择
esp8266
WIFI模块,图3.图13.该模块是超低功率UART-WIFI(无线串口)传输模块,内部包含TCP/IP协议堆栈,您可以完成序列端口和 WIFI之间的转换,将用户物理设备连接到wifi无线网络,进行互联网或本地网络通讯,从而实现网络功能[50-52]。它具有高性能和强大的功能,它被广泛应用于各种领域。
图3.13ESP8266实时 WIFI模块
ESP8266 WIFI 模块在表3中描述.图1.
3.6显示模块
该系统考虑到饲养商在检验期间将考虑的猪笼子环境参数,因此,在猪笼中增加了信息显示设备。本设计选用高清液晶显示屏（LiquidCrystalDisplay，(液晶)作为显示装置,图3.图14.显示屏具有高分辨率 、 显示更多颜色 、 快速刷新速度 、 显示稳定的特点.
该液晶显示器是ILAENTEK开发的设备,与一个单片计算机兼容,总共有34个驱动器,其数据输入和输出接口是D0-D15,连接到开发板上保留的屏幕端口,如图3所示。
3.15LCD电路图
3.7报警模块
该系统在硬件部件设计中具有报警功能,警报声由灯泡发出.该系统使用一种高电压源蜂鸣装置.以上图3.16。灯泡的I/O端口连接到单片机PF8,输出高电平时，蜂鸣器;正常时间输出低电量,蜂鸣器停止发声。由于蜂窝装置的驱动电流较大,不能直接通过一个单片机的IO端口驱动,电流需要用三极管扩充.当单片机的IO端口输出高电压时,三极管CE极导通，控制蜂窝的电流放大,当单片机的IO端口正常输出低功率时,三极管CE极截止，通过蜂窝装置的驱动电流太低,蜂鸣器不会鸣叫。
图3.16实物灯塔
详细阐述了系统内硬件设备的功能和配置,它包括系统硬件架构、STM32微处理器(MCU),功率模块、传感器检测模块、控制模块、数据传输模块、显示模块和报警模块。上述模块可用于完成系统硬件建设,此外, 为后续系统软件设计奠定了硬件基础.
未完待续
内容:STM32单片机软件设计/ESP8266 WIFI通信模块软件的实现
完成IoT.4 STM32单片机+智能云AIoT+猪场监控及系统软件设计
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