基于STM32单片机的OneNet物联网环境检测系统

1. 系统概述

本系统为一个基于STM32单片机的物联网环境检测系统，结合温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器及ESP8266 WiFi通信模块，构建了一个能够实时采集环境信息并上传至OneNet云平台的智能监测平台。用户可通过网页或手机APP实时查看各类环境参数，实现对温度、湿度、光照强度、烟雾浓度的远程监控，为智慧农业、智慧家居、智慧校园等场景提供数据支撑。

该系统主要分为三大部分：功能模块设计、电路设计、程序设计，下面将逐一进行详细介绍。

2. 功能介绍

本系统具有如下核心功能：

这些功能的实现依赖于STM32单片机的高速处理能力、ESP8266的网络通信能力，以及各类环境传感器对不同物理量的敏感检测能力。

3. 电路设计

系统硬件电路由以下几个子模块组成：

3.1 STM32最小系统电路

STM32F103C8T6为核心控制芯片，提供强大的数据处理与外设接口能力。其最小系统包括：

• 电源输入（3.3V稳压）
• 时钟电路（8MHz晶振）
• 下载接口（SWD或串口）
• 复位电路（上拉电阻+按钮）

此部分为整个系统的核心，协调各传感器与WiFi模块的通讯、处理与控制。

3.2 温湿度传感器模块（DHT11）

DHT11是一款数字式温湿度传感器，使用单总线协议与STM32通信。其特点为：

• 测量范围：温度050°C，湿度2090%RH；
• 测量精度：±2°C（温度），±5%RH（湿度）；
• 通信方式：单总线，需定时采样与校验。

模块引脚简单，仅需VCC、GND和数据线，与STM32的GPIO口相连即可。

3.3 光照传感器模块（模拟型光敏电阻）

使用光敏电阻通过分压电路转化为电压信号，接入STM32的ADC通道实现光照强度测量。该模块特点：

• 模拟量输出；
• 对环境光线变化灵敏；
• 通常与10KΩ电阻组成分压器。

STM32通过ADC读取电压即可判断环境亮度等级。

3.4 烟雾传感器模块（MQ-2）

MQ-2气体传感器用于检测空气中的烟雾浓度，输出包括：

• 模拟信号（烟雾浓度对应电压）；
• 数字信号（超过设定浓度时为高电平）。

在本系统中使用模拟输出接入ADC通道，提高检测精度。

3.5 ESP8266 WiFi模块

ESP8266模块用于将采集到的数据上传到云平台。模块支持：

• 802.11 b/g/n 协议；
• AT命令控制；
• 与STM32通过串口通信；
• 模块需配置SSID、密码及OneNet平台通信协议。

ESP8266是连接本地设备与云端的重要桥梁。

3.6 电源模块

系统采用5V供电，经过AMS1117稳压芯片降压至3.3V供STM32与ESP8266使用。为了系统稳定运行，需注意：

• 电源滤波电容；
• 模块之间地线共用；
• ESP8266电流需求高，需提供足够电流。

4. 程序设计

程序设计是本系统实现功能的关键部分，主要包括各模块初始化、数据采集、数据上传、通信处理等子模块。

4.1 主函数设计

主函数负责系统的初始化与主循环调度。

int main(void)
{
SystemInit();
DHT11_Init();
ADC_Config();
USART1_Init(115200);
ESP8266_Init();

while (1)
{
Read_Env_Data();
Upload_Data_To_OneNet();
Delay_ms(5000);
}
}

4.2 DHT11温湿度采集程序

void DHT11_ReadData(uint8_t* temperature, uint8_t* humidity)
{
// 初始化与发送起始信号
// 接收40位数据：8位湿度整数 + 8位湿度小数 + 8位温度整数 + 8位温度小数 + 8位校验位
// 简化后仅提取整数部分
}

此函数定时调用，读取DHT11的温度与湿度数据并存储在变量中供上传使用。

4.3 光照强度采集程序

uint16_t Read_Light_Intensity(void)
{
uint16_t adc_value = ADC_Read(LIGHT_SENSOR_CHANNEL);
return adc_value;
}

通过STM32的ADC模块读取光敏电阻的模拟电压值，换算为光照强度。

4.4 烟雾浓度采集程序

uint16_t Read_Smoke_Level(void)
{
uint16_t adc_value = ADC_Read(SMOKE_SENSOR_CHANNEL);
return adc_value;
}

同样使用ADC模块获取MQ-2传感器输出电压，用于判断当前空气中烟雾浓度。

4.5 ESP8266初始化程序

void ESP8266_Init(void)
{
USART_SendString("AT\\r\\n");
Delay_ms(1000);
USART_SendString("AT+CWMODE=1\\r\\n");
Delay_ms(1000);
USART_SendString("AT+CWJAP=\\"YourSSID\\",\\"YourPassword\\"\\r\\n");
Delay_ms(3000);
}

该初始化步骤用于配置ESP8266的工作模式与WiFi连接信息。

4.6 上传数据到OneNet

void Upload_Data_To_OneNet(void)
{
char data_buffer[128];
sprintf(data_buffer, "{\\"datastreams\\":[{\\"id\\":\\"temp\\",\\"datapoints\\":[{\\"value\\":%d}]},"
"{\\"id\\":\\"humi\\",\\"datapoints\\":[{\\"value\\":%d}]},"
"{\\"id\\":\\"light\\",\\"datapoints\\":[{\\"value\\":%d}]},"
"{\\"id\\":\\"smoke\\",\\"datapoints\\":[{\\"value\\":%d}]}]}",
temperature, humidity, light_intensity, smoke_level);

ESP8266_SendTo_OneNet(data_buffer);
}

该函数负责格式化各项环境数据并通过ESP8266上传至OneNet平台，符合OneNet的MQTT或HTTP数据结构要求。

4.7 串口通信函数

void USART1_Init(uint32_t baudrate)
{
// USART1初始化配置波特率、数据位、停止位、校验等
}

STM32通过USART1与ESP8266进行数据交互。

4.8 延时函数

void Delay_ms(uint32_t ms)
{
// 基于SysTick或定时器实现的毫秒级延迟
}

用于定时控制传感器采样与上传周期，避免数据重复或阻塞。

5. 总结

本项目完整实现了一个基于STM32单片机的智能环境监测系统，系统稳定、功能丰富，具有如下优势：

• 实时监控：可实时监测温度、湿度、光照强度与烟雾浓度；
• 云端管理：依托OneNet云平台实现远程数据查看；
• 可视化展示：配合网页或APP界面便于用户操作；
• 模块化设计：系统结构清晰，便于扩展与维护；
• 实用性强：适用于家庭环境监测、智慧农业、环境科研等多种场景。

未来可进一步增加LCD显示、语音播报、报警功能、自动化执行等模块，扩展系统的智能化水平。通过对物联网平台深入应用，推动智慧生活向更高水平发展。