-I-第二章設(shè)計方案2.1主要功能設(shè)計該系統(tǒng)能夠在LCD屏幕上實(shí)時顯示從煙霧傳感器、溫濕度模塊上傳輸過來的數(shù)據(jù)，以及風(fēng)速、照明、聲音、彩燈功能狀態(tài)顯示。根據(jù)煙霧濃度、溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速有低速、中速、高速三檔，分別對應(yīng)煙霧濃度的三個檔次。超過煙霧濃度超過40%，為一檔，風(fēng)扇為低速模式；超過煙霧濃度超過55%，為二檔，風(fēng)扇為中速模式；超過煙霧濃度超過65%，為三檔，風(fēng)扇為高速模式，打開預(yù)警系統(tǒng)（蜂鳴器響和RGB燈閃爍）。照明，即控制燈開關(guān)。該系統(tǒng)的控制方式有按鍵控制、遠(yuǎn)程控制(esp8266+機(jī)智云)。具體軟硬件設(shè)計詳細(xì)分析如下。2.2系統(tǒng)硬件方案設(shè)計在硬件設(shè)計方面，本系統(tǒng)選用高精度、高靈敏度的煙霧傳感器，并與STM32微控制器連接。微控制器采集傳感器的數(shù)據(jù)，實(shí)時檢測煙霧濃度，并根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行相應(yīng)控制。同時，系統(tǒng)還配備了通風(fēng)裝置，用于在檢測到煙霧濃度過高時會自動啟動，實(shí)現(xiàn)快速通風(fēng)。煙霧氣體檢測通風(fēng)系統(tǒng)在硬件上主要由STM32F407ZGT6開發(fā)板、煙霧氣體傳感器、溫濕度傳感器、通風(fēng)模塊、報警模塊，照明模塊、LCD屏幕、通信模塊組成。STM32F407ZGT6開發(fā)板主要用于各模塊連接、數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算。煙霧傳感器用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集煙霧濃度。溫濕度傳感器用于實(shí)時采集當(dāng)時的溫濕度。通風(fēng)模塊用于在濃度過高時轉(zhuǎn)動風(fēng)扇通風(fēng)降低濃度。報警模塊用于提醒用戶溫度過高。照明模塊用于用戶的日常燈光需求，LCD屏幕用于顯示煙霧濃度和溫濕度以及個功能模塊的工作狀態(tài)。通信模塊用于聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。煙霧氣體檢測系統(tǒng)硬件原理圖如圖2.1所示。2.3系統(tǒng)軟件方案設(shè)計在軟件設(shè)計方面，該系統(tǒng)的主要功能模塊包含煙霧檢測模塊、控制模塊和通風(fēng)模塊。煙霧檢測模塊負(fù)責(zé)實(shí)時采集煙霧傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)，根據(jù)傳輸過來的數(shù)據(jù)判斷煙霧濃度是否超標(biāo)；控制模塊根據(jù)實(shí)時檢測的結(jié)果，控制風(fēng)扇、燈等模塊；通風(fēng)模塊則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)功能，確保有害氣體及時排出。煙霧氣體檢測通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)采用的各個硬件模塊，查找對應(yīng)模塊的原理圖，通過軟件Keil5進(jìn)行各模塊的程序編輯以達(dá)到各模塊的基本功能實(shí)現(xiàn)，然后再通過FreeRTOS實(shí)時操作系統(tǒng)進(jìn)行功能整合以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計的各個功能；該系統(tǒng)軟件方案設(shè)計的主要流程是首先對各個模塊功能進(jìn)行初始化，然后對各模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集并監(jiān)測，判斷是否超過閾值，超過閾值開啟通風(fēng)模塊，如果濃度太高則會打開報警模塊；沒有超過閾值則繼續(xù)監(jiān)測。同時用戶也可以根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過按鍵或者遠(yuǎn)程控制的方式控制各個模塊.煙霧氣體檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖2.2所示。圖2.1煙霧氣體檢測系統(tǒng)硬件原理圖圖2.2煙霧氣體檢測通風(fēng)系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖

第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1STM32微控制器設(shè)計STM32微控制器作為煙霧氣體檢測通風(fēng)系統(tǒng)的主控芯片，本設(shè)計采用的是STM32F407ZGT6開發(fā)板，如圖3.1所示。該開發(fā)板負(fù)責(zé)采集煙霧和溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)，根據(jù)處理過后的數(shù)據(jù)，控制通風(fēng)模塊、報警模塊。STM32F407ZGT6開發(fā)板相比于51單片機(jī)或者是STM32F1系列，采用的是Cotex-M4的內(nèi)核處理器，其數(shù)據(jù)處理能力更為強(qiáng)大，運(yùn)行速度更快，能夠更為快速地處理相應(yīng)數(shù)據(jù)；同時也具有多種更加豐富的外設(shè)和接口，能夠?qū)⒃撓到y(tǒng)所需要的各個模塊連接在一起實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能；同時其在各種環(huán)境下的穩(wěn)定性和適應(yīng)性更強(qiáng)，特別是該系統(tǒng)有時會處于一個高溫、惡劣的環(huán)境下，那么穩(wěn)定性就尤為重要。STM32F407ZGT6開發(fā)板的原理圖如圖3.2所示圖3.1STM32F407ZGT6開發(fā)板圖3.2STM32F407ZGT6開發(fā)板原理圖3.2煙霧氣體檢測模塊設(shè)計本設(shè)計中煙霧氣體檢測模塊采用的是MQ-2氣體傳感器，如圖3.3所示。煙霧氣體傳感器作為煙霧氣體濃度的采集裝置，同時也是該系統(tǒng)的主要模塊之一，選擇MQ氣體傳感器，不僅僅是因?yàn)槠涫且豢畹统杀镜膫鞲衅鳎啾扔谄渌鼩怏w傳感器，其對煙霧氣體檢測時的靈敏度更高，可以檢測出多種可燃性氣體。MQ-2氣體傳感器的設(shè)計原理圖如圖3.4所示。圖3.3MQ-2氣體傳感器圖3.4MQ-2氣體傳感器設(shè)計原理圖3.3溫濕度檢測模塊設(shè)計在本設(shè)計中溫濕度檢測模塊采用的是DHT11溫濕度傳感器。該傳感器包括一個電阻式感濕元件以及一個NTC測溫元件，可以與本設(shè)計中的STM32F407開發(fā)板相連接，用于采集周圍環(huán)的境溫濕度。相比于其它溫度傳感器，其不僅成本低，同時其測溫范圍較大，滿足該系統(tǒng)的日常檢測范圍。DHT11溫濕度傳感器原理圖如3.5所示。3.4通風(fēng)模塊設(shè)計本設(shè)計的通風(fēng)模塊選擇的是直流電機(jī)，如圖3.6所示。其可以根據(jù)煙霧氣體濃度大小通過定時器控制PWM波的方式對電機(jī)調(diào)速來進(jìn)行轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)3500RPM，可達(dá)到通風(fēng)效果。圖3.5DHT11溫濕度傳感器原理圖圖3.6直流電機(jī)模塊3.5報警模塊設(shè)計報警模塊本設(shè)計采用的是高電平觸發(fā)的蜂鳴器和RGB燈來模擬報警效果，提醒用戶有害煙霧濃度過高。3.6照明模塊設(shè)計由于本設(shè)計所用STM32F407ZGT6開發(fā)板中自帶LED燈，可用LED燈來模擬照明模塊在日常使用過程中需要用到照明的情況。LED燈原理圖如圖3.7所示。3.7LCD屏幕設(shè)計本設(shè)計采用的顯示屏幕是1.8英寸的LCD顯示屏，通過ST7735S芯片驅(qū)動，該屏幕一共有八個管腳與STM32開發(fā)板進(jìn)行連接，通過SPI通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，顯示煙霧濃度和溫濕度以及個功能模塊的工作狀態(tài)。LCD屏幕的管腳如圖3.8所示，實(shí)物如圖3.9所示。圖3.7LED燈原理圖圖3.8LCD屏幕管腳圖圖3.9LCD屏幕圖3.8按鍵模塊設(shè)計由于本設(shè)計所用STM32F407ZGT6開發(fā)板中已經(jīng)自帶兩個獨(dú)立的機(jī)械按鍵，本設(shè)計直接使用用這兩個按鍵來模擬在日常使用過程中系統(tǒng)按鍵控制的情況。按鍵原理圖如圖3.9所示。圖3.10按鍵原理圖3.9通信模塊設(shè)計本設(shè)計采用的通信模塊是ESP8266WIFI模塊，ESP8266WIFI模塊是一款高性能UART-WIFI模塊，該模塊一共有六個管腳，與STM32開發(fā)板連接，通過串口與MCU進(jìn)行通信，通過相互發(fā)送信息達(dá)到遠(yuǎn)程控制各個功能的效果。ESP8266WIFI模塊的原理圖如圖3.10所示。圖3.11ESP8266WIFI模塊原理圖

第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1軟件開發(fā)環(huán)境本設(shè)計采用的編譯軟件是Keil5，用于各個模塊功能程序編譯，然后用ATKXCOM軟件通過串口通信測試功能是否實(shí)現(xiàn)。在本此設(shè)計串口通信測試中采用的是STM32F407開發(fā)板中的USART1串口通信來測試功能是否實(shí)現(xiàn)，串口通信原理圖如圖4.1所示。通過查看STM32F407開發(fā)板的原理圖配置USART1的Tx:PA9和Rx:PA10為復(fù)用模式，同時打開串口中斷，用串口接收中斷接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，空閑中斷判斷是否接收完成。圖4.1USART串口通信原理圖4.2系統(tǒng)功能程序設(shè)計4.2.1照明模塊程序設(shè)計由于本設(shè)計采用的是STM32F407開發(fā)板上自帶的LED燈模擬照明，所以直接根據(jù)圖3.7和圖3.9確定LED燈所用IO口LED1：PF10，其模式設(shè)置為通用推挽輸出模式，低電平時燈亮，高電平燈滅。4.2.2按鍵模塊程序設(shè)計由于本設(shè)計采用的是STM32F407開發(fā)板上自帶兩個按鍵，所以直接根據(jù)圖3.7和圖3.2確定兩個按鍵所用IO口分別為KEY0：PE4、KEY_UP：PA0，其模式設(shè)置為通用推挽輸出模式，低電平時按鍵松開，高電平按鍵按下。在本設(shè)計中，KEY0的主要功能是作為功能選擇鍵，如風(fēng)扇，照明燈開關(guān)、聲音（蜂鳴器），彩燈（RGB燈）功能選擇。KEY_UP則作為確定鍵。4.2.3煙霧氣體傳感器程序設(shè)計在本設(shè)計中，通過查看MQ-2傳感器和STM32的原理圖，要想獲取煙霧濃度數(shù)據(jù)需要將MQ-2煙霧傳感器AO管腳與STM32F407開發(fā)板的IO口PF6連接，VCC與GND直接與STM32F407開發(fā)板上的VCC與GND直接相連即可。其模式設(shè)置為模擬模式，同時打開PF6的ADC模式，即將煙霧濃度以分成4095份的3.3V的電壓值通過編寫程序來獲取實(shí)際濃度值。這個數(shù)據(jù)將作為風(fēng)扇和報警功能開啟的依據(jù)，同時這個數(shù)據(jù)也會在LCD屏幕和遠(yuǎn)程端上顯示。4.2.4溫濕度傳感器程序設(shè)計本設(shè)計采用的是DHT11溫濕度傳感器，通過查看DHT11溫濕度傳感器的原理圖，該傳感器的傳輸方式采用的是單總線通信，即一個管腳既要作為輸入腳也要作為輸出腳。所以與其連接的IO口為通用開漏輸出模式，連接方式如圖4.1所示。同時DHT11的數(shù)據(jù)傳輸格式很有特性，該傳感器一次傳輸40位數(shù)據(jù)，在本次設(shè)計中，在通過原理圖編寫程序后獲取到這40位數(shù)據(jù)后只使用濕度整數(shù)數(shù)據(jù)和溫度整數(shù)數(shù)據(jù)即可。所以，在獲取想要的溫濕度數(shù)據(jù)時還需要根據(jù)規(guī)則編寫程序來實(shí)現(xiàn)。這個數(shù)據(jù)將作為風(fēng)扇和報警功能開啟的依據(jù)，同時這個數(shù)據(jù)也會在LCD屏幕和遠(yuǎn)程端上顯示。圖4.2DHT11連接圖4.2.5報警模塊程序設(shè)計本設(shè)計中采用蜂鳴器和RGB燈來實(shí)現(xiàn)報警效果，提醒用戶煙霧濃度或溫度過高。蜂鳴器采用的是高電平出發(fā)的有源蜂鳴器，所以直接與STM32的IO口PA6連接并配置為通用推挽輸出模式即可。RGB燈的R、G、B三個管腳分別與PC6、PC7、PC8連接，都設(shè)置為復(fù)用推挽輸出模式，同時打開對應(yīng)的定時器3的通道1、2、3，通過改變定時器3通道123的占空比輸出PWM波形控制RGB燈的亮度，實(shí)現(xiàn)控制RGB燈閃爍達(dá)到預(yù)警效果。4.2.6通風(fēng)模塊程序設(shè)計本設(shè)計的通風(fēng)模塊采用的是直流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)通風(fēng)效果，根據(jù)STM32的原理圖選擇IO口PB7作為連接直流電機(jī)的管腳，設(shè)置為復(fù)用推挽輸出模式，打開所對應(yīng)的定時器4通道2對直流電機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)煙霧濃度、溫度進(jìn)行調(diào)速。4.2.7LCD屏幕程序設(shè)計本設(shè)計采用的是LCD屏幕，驅(qū)動芯片為ST7735S，所以在對LCD屏幕初始化時需要移植驅(qū)動芯片的代碼才能正常使用，該屏幕一共有6個管腳需要與對應(yīng)IO口連接，分別是SCL時鐘線：連接STM32開發(fā)板的PG12；SDA數(shù)據(jù)輸入線：連接PD5；RES復(fù)位線：連接PD4；DC數(shù)據(jù)命令選擇線：連接PD15；CS片選信號線：連接PD1；BLK背光線：連接PE8。在連接好通信管腳后，查看LCD屏幕的原理圖可以得到其通信方式為SPI通信，即高速同步串行全雙工通信。根據(jù)SPI的通信規(guī)則，此次選擇的是時鐘極性為0，時鐘相位為0的模式，即時鐘線在第一個跳變沿數(shù)據(jù)線可以讀數(shù)據(jù)。在完成通信方式后，還需要通過編寫程序來顯示對應(yīng)的顯示字符、漢字或者圖片。要想顯示字符、漢字或者圖片還需要提取字模數(shù)據(jù)，設(shè)置好顯示位置，通過SPI通信傳輸數(shù)據(jù)才能在LCD屏幕上顯示。字模數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的存儲可以用程序編寫一個小字庫以便使用。在完成LCD屏幕程序設(shè)計后就可以根據(jù)需求來顯示煙霧濃度、溫濕度、各模塊功能狀態(tài)。4.2.7通信模塊程序設(shè)計本設(shè)計采用的通信模塊在正常使用之前還需要對其進(jìn)行AT固件燒錄，燒錄方式通過使用USB轉(zhuǎn)TTL的燒錄器進(jìn)行燒錄，通信方式為串口通信，燒錄前還需要在PC端安裝好CH340驅(qū)動。根據(jù)其通信模塊的原理圖，需要把IO_0管腳配置為低電平模式才能正常燒錄。當(dāng)出現(xiàn)如圖4.2所示內(nèi)容后，表示燒錄完成。圖4.2燒錄完成顯示圖4.2.7機(jī)智云軟件設(shè)計本設(shè)計采用機(jī)智云通過ESP8266WIFI模塊傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。機(jī)智云的工程代碼在機(jī)智云官網(wǎng)的開發(fā)者中心可自動生成，如圖4.3所示。生成的工程代碼還需要移植到系統(tǒng)工程目錄中，同時根據(jù)功能需求進(jìn)行代碼編寫，代碼編寫可參考機(jī)智云提供的PDF文件進(jìn)行編寫。功能代碼編寫步驟如下：1、實(shí)現(xiàn)與模組通信串口驅(qū)動，使用uartWrite()串口發(fā)送函數(shù)。2、實(shí)現(xiàn)串口打印函數(shù)printf();3、使用1ms定時器,使用gizTimerMs()維護(hù)系統(tǒng)時間。4、實(shí)現(xiàn)MCU復(fù)位函數(shù),模組可請求MCU復(fù)位。5、調(diào)用gizwitsSetMode()函數(shù)實(shí)現(xiàn)模組配置入網(wǎng)功能。6、實(shí)現(xiàn)userHandle()數(shù)據(jù)的采集。7、實(shí)現(xiàn)gizwitsEventProcess()控制命令的具體執(zhí)行。機(jī)智云代碼編寫完成后就可以進(jìn)行配置入網(wǎng)，該模組支持SoftAp和AirLink兩種方式配置入網(wǎng)，本設(shè)計使用的是AirLink模式。在編寫配置入網(wǎng)程序后可以得到如圖4.4所示結(jié)果。只不過圖4.4的顯示結(jié)果只表明代碼編寫成功，但是還需要進(jìn)行配網(wǎng)，需要在手機(jī)端下載機(jī)智云APP進(jìn)行一鍵配網(wǎng)設(shè)置，如圖4.5所示。配網(wǎng)成功后，在gizwits_product.c文件中找到gizwitsEventProcess(eventInfo_t*info,uint8_t*gizdata,uint32_tlen)函數(shù)添加功能控制，找到userHandle()函數(shù)，上報相應(yīng)功能數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能遠(yuǎn)程端控制。圖4.3工程代碼自動生產(chǎn)界面圖4.4配置入網(wǎng)成功顯示界面圖4.5設(shè)備配網(wǎng)界面4.3系統(tǒng)功能整合本設(shè)計采用FreeRTOS實(shí)時操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各個功能的整合。FreeRTOS實(shí)時操作系統(tǒng)的調(diào)度方式為以任務(wù)優(yōu)先級為調(diào)度原則。其任務(wù)狀態(tài)包括停止/休眠、等待/掛起、就緒、運(yùn)行、中斷。每個任務(wù)狀態(tài)的關(guān)系如圖4.6所示。FreeRTOS實(shí)時操作系統(tǒng)相比裸機(jī)，CPU的靈活性大大提高了，可以用少量代碼實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能。本設(shè)計所用FreeRTOS實(shí)時操作系統(tǒng)的工程代碼從FreeRTOS官網(wǎng)獲取，再移植到系統(tǒng)工程目錄中使用。源碼移植步驟如下：1、在系統(tǒng)的工程根目錄創(chuàng)建一個FreeRTOS文件夾。2、進(jìn)入到FreeRTOS文件夾內(nèi)，再創(chuàng)建兩個文件夾分別命名為port、src，再進(jìn)入源碼中選擇所需代碼文件移植。3、進(jìn)入工程配置虛擬設(shè)備數(shù)和包含頭文件路徑（新建FreeRTOS/port、FreeRTOS/src）。4、在FreeRTOSConfig.h文件中添加自定義宏和官方宏，讓使用更加便捷，清晰明了。源碼移植完成后，在系統(tǒng)文件main.c的主函數(shù)中創(chuàng)建FreeRTOS任務(wù)起始函數(shù)，如圖4.7所示，作為進(jìn)入FreeRTOS實(shí)時操作系統(tǒng)的入口。由于FreeRTOS實(shí)時操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度方式是搶占式調(diào)度，是通過設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級值的大小來選擇任務(wù)是運(yùn)行還是掛起狀態(tài)。系統(tǒng)會優(yōu)先運(yùn)行任務(wù)優(yōu)先級值越大的任務(wù)。所以在運(yùn)行完起始任務(wù)函數(shù)后，調(diào)用vTaskDelete(TaskStart_Handler)函數(shù)刪除起始任務(wù)函數(shù)，保證其它任務(wù)函數(shù)正常運(yùn)行。FreeRTOS任務(wù)起始函數(shù)創(chuàng)建成功后，在起始任務(wù)函數(shù)還需要中創(chuàng)建兩個任務(wù)函數(shù)，三個軟件定時器、一個隊(duì)列功能函數(shù)。圖4.6任務(wù)狀態(tài)關(guān)系圖圖4.7任務(wù)起始函數(shù)創(chuàng)建的兩個功能函數(shù)如圖4.8所示，Task1_Create任務(wù)1函數(shù)作為功能選擇函數(shù)，通過創(chuàng)建的隊(duì)列接收Task2_Create任務(wù)2發(fā)送的鍵值選擇對應(yīng)功能函數(shù)以及屏幕顯示，Task2_Create任務(wù)2函數(shù)主要功能是獲取鍵值并通過消息隊(duì)列發(fā)送鍵。圖4.8任務(wù)1和任務(wù)2函數(shù)創(chuàng)建創(chuàng)建的三個周期性定時器，如圖4.9所示，周期性軟件定時器Timer1_CallBack函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時獲取煙霧濃度和溫濕度值并再顯示屏上顯示，風(fēng)扇根據(jù)濃度進(jìn)行值進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。周期性軟件定時器Timer2_CallBack函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)RGB燈閃爍功能，周期性軟件定時器Timer3_CallBack函數(shù)用于為WIFI模塊提供1ms時基，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上報和數(shù)據(jù)點(diǎn)下發(fā)。創(chuàng)建的隊(duì)列，如圖4.10所示，主要用于實(shí)現(xiàn)將任務(wù)3獲取到的按鍵鍵值傳遞給任務(wù)2，如圖4.11所示，任務(wù)2接受隊(duì)列信息，根據(jù)接收到的鍵值選擇對應(yīng)功能進(jìn)行控制，如圖4.12所示。在各個函數(shù)創(chuàng)建成功后，根據(jù)系統(tǒng)所獲取到的鍵值和收集到的濃度數(shù)據(jù)自動根據(jù)濃度大小來調(diào)用對應(yīng)功能函數(shù)控制各模塊，也可以通過按鍵或者遠(yuǎn)程端來控制各模塊。圖4.9周期性定時器函數(shù)創(chuàng)建圖4.10隊(duì)列創(chuàng)建圖4.11隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)圖4.12隊(duì)列接收數(shù)據(jù)

結(jié)果分析4.1系統(tǒng)測試經(jīng)過對煙霧氣體檢測通風(fēng)系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計，最后做出來的實(shí)物如圖5.1所示。在將該系統(tǒng)通電后，煙霧濃度、溫度、濕度在LCD顯示屏上成功顯示，風(fēng)扇、照明、聲音、彩燈都處于關(guān)閉狀態(tài)。圖5.1煙霧氣體檢測通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.2所示，當(dāng)煙霧濃度超過40%時，風(fēng)扇進(jìn)入低速模式進(jìn)行通風(fēng)以降低煙霧濃度，待濃度降到40%以下時，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)煙霧濃度超過55%時，或者是當(dāng)溫度超過50℃時，風(fēng)扇進(jìn)入中速模式，如圖5.3所示；當(dāng)煙霧濃度超過65%時，風(fēng)扇進(jìn)入高速模式，同時報警模塊觸發(fā)，如圖5.4所示；照明，即STM32開發(fā)板上的綠燈的亮滅，可根據(jù)用戶需求控制其開關(guān)，如圖5.5所示。圖5.2風(fēng)扇低速實(shí)物圖圖5.3風(fēng)扇中速實(shí)物圖圖5.4風(fēng)扇高速實(shí)物圖圖5.5照明實(shí)物圖4.2總結(jié)與展望在本次設(shè)計中，成功實(shí)現(xiàn)了基于STM32的煙霧氣體檢測通風(fēng)系統(tǒng)的各個功能，并在LCD屏幕上顯示了各功能狀態(tài)。系統(tǒng)采用的煙霧傳感器在實(shí)際使用中具有較高的靈敏度和精度，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地檢測周圍環(huán)境中的煙霧濃度。在實(shí)驗(yàn)中，通過觀察通風(fēng)裝置啟動前后的室內(nèi)煙霧濃度變化，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠在較短時間內(nèi)將煙霧濃度降低到安全水平，從而有效保障了室內(nèi)環(huán)境的安全。當(dāng)煙霧濃度超過設(shè)定閾值時，系統(tǒng)能夠迅速啟動風(fēng)扇根據(jù)煙霧濃度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，排出煙霧來降低室內(nèi)煙霧濃度。由于本設(shè)計的實(shí)物是模擬該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果，在真正的實(shí)際應(yīng)用工程中還需要結(jié)合實(shí)際使用環(huán)境場合，根據(jù)具體使用空間來確定風(fēng)扇所需功率，選用合適的風(fēng)扇，滿足該區(qū)域的排風(fēng)量。在本次設(shè)計中，也遇到了一些難題，但是都成功解決。首先是供電問題，在對各個模塊供電的時候，由于采用的STM32開發(fā)板只有一個3.3V的VCC管腳，兩個5V的VCC的管腳可用，所以為了解決供電問題，在本設(shè)計中采用了面包板外接的方式，將煙霧傳感器等各個模塊通過連接到面包板是共用一個3.3V的VCC管腳，同時根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，各個模塊都得到了供電，并沒有出現(xiàn)供電不足的情況。然后是在使用ESP8266燒錄AT固件庫的時候，由于使用的是一個模塊，使用時需要自行購買CH340USB轉(zhuǎn)TTL轉(zhuǎn)換器，同時還需要將ESP8266的REST管腳和GPIO_0管腳接到開發(fā)板上通過按鍵控制，REST管腳作為復(fù)位管腳，GPIO_0管腳給低電平，為固件燒錄模式，高電平為正常運(yùn)行模式。連接好后，固件燒錄才可成功燒錄。當(dāng)然，本次設(shè)計中還有許多需要改進(jìn)之處。例如供電接口不足，接線過多等，這些將在以后的工作學(xué)習(xí)中，繼續(xù)努力改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)[1]杜紅梅.大氣光化學(xué)煙霧污染、監(jiān)測及防治研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2021(07).[2]郭悅嵩,李貝,邢昱.大氣光化學(xué)煙霧污染現(xiàn)狀與監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建建議[J].中國資源用,2019(9).[3]郄建華.離子感煙探測器電路分析[J].太原師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,7(04):98-101.bi[4]吳冬梅,李白萍,沈燕等.基于多特征融合的煙霧檢測[J].圖學(xué)學(xué)報,2015,36(04):587-592.[5]牟泉潤,胡立夫,孫鼎新.基于多源信息融合的室內(nèi)有害氣體監(jiān)測[J].中國科技信息,2021(21).[6]白曉藝,吳德廣.居民樓煙霧溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)研究[J].福建電腦,2022,38(11).[7]張沛堅.基于控制的宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)設(shè)計研究.現(xiàn)代信息科技,2018,2(8):173-175[8]單春艷,章平,張同翰.基于STM32的學(xué)生宿舍煙霧檢測器設(shè)計.工業(yè)控制計算機(jī),2014,27(4):149-150,152[9]HangY,MingxuanC,YinqiL,etal.Areal-timedetectionmodelforsmokeingrainbinswithedgedevices[J].Heliyon,2023,9(8).[10]LiJ,LianX.ResearchonForestFireDetectionAlgorithmBasedonImprovedYOLOv5[J].MachineLearningandKnowledgeExtraction,2023,5(3).[11]朱勇全.基于3G網(wǎng)關(guān)的新型煙霧報警器設(shè)計與探究[J].無線互聯(lián)技,2020,17(17).[12]XiaobinX,QinyangQ,JialiW,etal.Methodofechorecognitionoftargetinsmokeenvironmentbasedonresidualconvolutionalneuralnetworkforpulsedlaserdetection[J].Measurement,2023,220.[13]宋玥蓉,吳麗,袁福林等.STM32的智能宿舍煙霧檢測器的設(shè)計[J].福建電腦,2023,39(10):88-92.DOI:10.16707/ki.fjpc.2023.10.018.[14]HanD,LeeJ,LeeB,etal.Real-TimeSmokeDetectionMethodforEarlyDetectionofFireinRoadTunnel[J].ICEIC:InternationalConferenceonElectronics,InformationsandCommunications,2008.[15]田亞立,梁波,尹少榮,等.基于的煙霧報警系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測試,2015,333(21):9-10.[16]KimHJ,BaeS.SmokeDetectionMethodUsingLocalBinaryPatternVarianceinRGBContrastImage[J].JournalofKoreaMultimediaSociety,2015,18(10).[17]BernardinoYJ,VelascoNK,RamosVR,etal.DETERMINATIONOFCIGARETTESMOKEDISPERSIONUSINGOPTICALRGBCAMERAANDDIGITALIMAGEPROCESSING[J].ISPRS-InternationalArchivesofthePhotogrammetry,RemoteSensingandSpatialInformationSciences,2019,XLII-4/W19.[18]JinkyuR,DongkurlK.AStudyonaComplexFlameandSmokeDetectionMethodUsingComputerVisionDetectionandConvolutionalNeuralNetwork[J].Fire,2022,5(4).[19]DaoudiR,MouelhiA,BouchouichaM,etal.FullyAutomaticApproachforSmokeTrackingBasedonDeepImageQualityEnhancementandAdaptiveLevelSetModel[J].Electronics,2023,12(18).[20]HwangHE,ChoiBH,ChoiMD.ResponseCharacteristicsofSmokeDetectionforReductionofUnwantedFireAlarmsinStudio-TypeApartments[J].Fire,2023,6(9).

附錄ASTM32F407ZGT6開發(fā)板原理圖

附錄B系統(tǒng)功能選擇源代碼/********************任務(wù)1函數(shù)**********************/voidTask1_Create(void*pvParameters){ u8key_val; while(1){ printf("進(jìn)入任務(wù)1\r\n"); if(xQueueReceive(queue,//隊(duì)列句柄 &key_val,//保存接收到的消息 portMAX_DELAY)==pdTRUE) { printf("key_val：%d\r\n",key_val); } if(page_flag==0) { switch(key_val) { case1: if(page_n>=4)page_n=1; elsepage_n++; printf("page_n：%d\r\n",page_n); ;break; case2: switch(page_n) { case1:page_n=6;page_flag=1;break; case2:page_n=7;page_flag=1;break; case3:page_n=8;page_flag=1;break; case4:page_n=9;page_flag=1;break; } ;break; } } switch(page_n) { /*功能1顯示*/ case1: LCD_ShowString(92,140,(u8*)":",WHITE,BLACK,12,0); LCD_ShowChinese(68,140,(u8*)"彩燈",WHITE,BLACK,12,0); if(RGB_R==1000&&RGB_G==1000&&RGB_B==1000)LCD_ShowChinese(97,140,(u8*)"關(guān)",WHITE,BLACK,12,0); else LCD_ShowChinese(97,140,(u8*)"開",WHITE,BLACK,12,0); LCD_ShowString(28,100,(u8*)":",YELLOW,BLACK,12,0); LCD_ShowChinese(4,100,(u8*)"風(fēng)扇",YELLOW,BLACK,12,0); switch(fans_page_n) { case1:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"關(guān)",YELLOW,BLACK,12,0);break; case2:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"低速",YELLOW,BLACK,12,0);break; case3:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"中速",YELLOW,BLACK,12,0);break; case4:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"高速",YELLOW,BLACK,12,0);break; } ;break;/*功能2顯示*/ case2: LCD_ShowString(28,100,(u8*)":",WHITE,BLACK,12,0); LCD_ShowChinese(4,100,(u8*)"風(fēng)扇",WHITE,BLACK,12,0); switch(fans_page_n) { case1:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"關(guān)",WHITE,BLACK,12,0);break; case2:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"低速",WHITE,BLACK,12,0);break; case3:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"中速",WHITE,BLACK,12,0);break; case4:LCD_ShowChinese(33,100,(u8*)"高速",WHITE,BLACK,12,0);break; } LCD_ShowString(92,100,(u8*)":",YELLOW,BLACK,12,0); LCD_ShowChinese(68,100,(u8*)"照明",YELLOW,BLACK,12,0); if(!LED1)LCD_ShowChinese(97,100,(u8*)"開",YELLOW,BLACK,12,0); elseLCD_ShowChinese(97,100,(u8*)"關(guān)",YELLOW,BLACK,12,0); ;break; /*功能3顯示*/ case3: LCD_ShowString(92,100,(u8*)":",WHITE,BLACK,12,0); LCD_ShowChinese(68,100,(u8*)"照明",WHITE,BLACK,12,0); if(!LED1)LCD_ShowChinese(97,100,(u8*)"開",WHITE,BLACK,12,0); elseLCD_ShowChinese(97,100,(u8*)"關(guān)",WHITE,BLACK,12,0); LCD_ShowString(28,140,(u8*)":",YELLOW,BLACK,12,0);