第[8]。圖4.9COM口設(shè)置串口設(shè)置完后，還要進(jìn)行設(shè)備添加，并配置其波特率，校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位，停止位，波特率和單片機(jī)相同。選擇莫迪康-modbusRTU。圖4.10設(shè)備設(shè)置組態(tài)王顯示設(shè)計(jì)配置完設(shè)備還需要畫(huà)面顯示，所以用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示以及各種功能的設(shè)置。在組態(tài)王的顯示界面上設(shè)計(jì)各種顯示數(shù)據(jù)以及各種控制按鈕，還有環(huán)境曲線的查詢。圖4.11組態(tài)王顯示界面設(shè)計(jì)本章小結(jié)本章中主要說(shuō)明環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分。從各部分介紹監(jiān)控系統(tǒng)中溫濕度傳感器、CO2傳感器、光照強(qiáng)度傳感器還有PM2.5傳感器的原理。分析讀取不同傳感器數(shù)據(jù)的軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，以及參數(shù)顯示、按鍵控制和通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)在單片機(jī)中的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)的完整少不了調(diào)試部分的進(jìn)行，醫(yī)院環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試分為兩部分：硬件和軟件。軟件的調(diào)試是基于硬件系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要調(diào)試軟件部分得先保證硬件電路能夠運(yùn)行。硬件調(diào)試硬件調(diào)試部分用到的儀器與軟件在硬件調(diào)試過(guò)程中需要保證每個(gè)電子器件得焊接正常，同時(shí)系統(tǒng)電路板的路線沒(méi)有短路和斷路。同時(shí)還有外圍電路的電路是否連接正常，防止出現(xiàn)問(wèn)題。調(diào)試過(guò)程需要用到的東西如下所示：手持式數(shù)字萬(wàn)用表 一臺(tái)；內(nèi)熱式電烙鐵 一個(gè)；個(gè)人計(jì)算機(jī) 一臺(tái)；USB-TTL下載器 一個(gè)；ST-LINK下載器 一個(gè)；KeiluVision5編譯軟件 一套；組態(tài)王軟件 一套。整體電路焊接調(diào)試本設(shè)計(jì)的硬件電路是使用工業(yè)制版得到的，根據(jù)電路原理圖和PCB電路圖來(lái)生產(chǎn)。首先，檢查工業(yè)制版得到的電路板是否和PCB圖有出入，如果出錯(cuò)，那就看電路是否還能夠修改，使用飛線或者切割的方式來(lái)修改使得電路正確。確認(rèn)無(wú)誤后，在進(jìn)行電路的路線測(cè)量，防止出現(xiàn)短路、斷路的問(wèn)題，影響后續(xù)測(cè)試。確認(rèn)電路板無(wú)誤后，把元器件焊接到電路板上，再進(jìn)行下一步測(cè)試。使用數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試焊接完成后的電路板，用蜂鳴器擋測(cè)量元器件焊接的引腳是否和電路板的焊盤(pán)之間存在虛焊、漏焊的現(xiàn)象。有的話需要進(jìn)行補(bǔ)焊。還要用萬(wàn)用表測(cè)相鄰的引腳焊盤(pán)之間是否因?yàn)楹稿a過(guò)多而粘連。出現(xiàn)焊錫粘連需要使用工具將兩者分離。最后也是最重要的一步，檢查電路中電源VCC的電路是否和地GND之間有相連導(dǎo)致的短路，沒(méi)有的話系統(tǒng)可以進(jìn)行上電調(diào)試。在此過(guò)程中遇到的問(wèn)題：三極管電路接線相連。在對(duì)照PCB圖和電路板時(shí)，發(fā)現(xiàn)PCB圖繪制錯(cuò)誤，導(dǎo)致電路中電源VCC電路與控制引腳VEN相連，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)電路短路。如圖5.1所示。圖5.1三極管電路出錯(cuò)解決方法：使用鋒利小刀將綠色阻焊層刮開(kāi)，露出覆銅層，再使用工具將覆銅層的兩者分離開(kāi)，防止出現(xiàn)短路。用手持式數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試兩個(gè)線路是否連通，連通則繼續(xù)重復(fù)操作，直到兩條線路完全分離。對(duì)電路板進(jìn)行修改后如圖5.2所示。圖5.2修改后三極管電路為保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，對(duì)所有線路引腳使用萬(wàn)用表逐一排查，防止再次出現(xiàn)元器件短路和斷路。最小系統(tǒng)調(diào)試整個(gè)醫(yī)院環(huán)境系統(tǒng)電路中最重要的部分是STM32的最小系統(tǒng)。首先焊接最小系統(tǒng)板底座，用萬(wàn)用表分別檢查各個(gè)引腳與焊盤(pán)的連接情況，不能出現(xiàn)虛焊、漏焊和多焊的問(wèn)題。還要檢查最小系統(tǒng)板的VCC引腳和GND引腳是否連接到電源電路中，防止供電不足或者短路導(dǎo)致電路板燒毀。檢查完畢后才能給最小系統(tǒng)通電，通電后查看電源指示LED能否點(diǎn)亮，用萬(wàn)用表測(cè)VCC對(duì)地電壓是否為3.3V。電壓工作正常后，使用ST-LINK下載器連接，在Keli5軟件中編寫(xiě)簡(jiǎn)單代碼，下載到單片機(jī)STM32上，檢查代碼的下載是否正常。能夠正常下載程序代碼后，編寫(xiě)簡(jiǎn)單的模塊測(cè)試代碼，再下載到系統(tǒng)上來(lái)驗(yàn)證功能是否實(shí)現(xiàn)。如果代碼能夠正常驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單功能代表系統(tǒng)工作正常，否則檢查不能按照代碼實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的部分模塊電路。檢查修改完成后，進(jìn)行下一步的測(cè)試。在此過(guò)程中遇到的問(wèn)題：（1）程序代碼無(wú)法下載到單片機(jī)。使用ST-LINK連接單片機(jī)下載口和電腦后，電腦無(wú)法識(shí)別ST-LINK接口的插入，通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量STM32的下載口發(fā)現(xiàn)引腳連接位置正確。如圖5.3所示，電腦上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)ST-LINK相關(guān)接口。圖5.3未尋找到ST-LINK接口解決方法：打開(kāi)KeiluVision5編譯軟件，發(fā)現(xiàn)無(wú)法在軟件中識(shí)別到單片機(jī)。發(fā)現(xiàn)電腦缺少ST-LINK下載器驅(qū)動(dòng)軟件。安裝驅(qū)動(dòng)軟件后可以識(shí)別下載器，如圖5.4所示，并且成功燒錄代碼進(jìn)單片機(jī)。圖5.4識(shí)別到ST-LINK接口0.96寸OLED顯示屏無(wú)法正常顯示。將測(cè)試程序燒錄至系統(tǒng)板后，發(fā)現(xiàn)顯示屏無(wú)法點(diǎn)亮。使用萬(wàn)用表逐一檢測(cè)引腳時(shí)發(fā)現(xiàn)單片機(jī)有多個(gè)引腳存在虛焊處。解決方法：重新焊接后使用萬(wàn)用表測(cè)量，可以點(diǎn)亮OLED顯示屏。寫(xiě)入的顯示代碼能夠正常工作。換氣系統(tǒng)調(diào)試換氣系統(tǒng)部分的調(diào)試，通過(guò)使用萬(wàn)用表檢查各個(gè)引腳焊接是否出現(xiàn)虛焊、漏焊、缺焊的問(wèn)題，以及檢查引腳連接是否正確，沒(méi)有出現(xiàn)短路和斷路。檢查完成無(wú)誤后，在電腦上的Keil5軟件編寫(xiě)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)控制代碼，下載到單片機(jī)上驗(yàn)證。測(cè)試單片機(jī)能夠正常驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)扇，若風(fēng)扇工作正常，那么換氣系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分能夠正常運(yùn)行。在此過(guò)程中遇到的問(wèn)題：?jiǎn)纹瑱C(jī)I/O口無(wú)法控制繼電器驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。在燒錄按鈕控制風(fēng)扇的簡(jiǎn)單代碼后，發(fā)現(xiàn)按下按鍵，繼電器沒(méi)有工作，同時(shí)系統(tǒng)斷電。使用萬(wàn)用表檢查控制引腳電壓，正常。經(jīng)過(guò)排查，發(fā)現(xiàn)二極管反接，導(dǎo)致正向?qū)ǎ瑳](méi)有起到保護(hù)電路的作用，還導(dǎo)致電路短路。解決方法：使用電烙鐵和鑷子將二極管取出，更換新的二極管，反向連接。經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量后，上電測(cè)試?yán)^電器能否正常工作，風(fēng)扇是否可以啟動(dòng)。最后可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)判斷按鍵狀態(tài)，用I/O口控制繼電器閉合，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換氣系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)。軟件調(diào)試CCS811二氧化碳傳感器調(diào)試本過(guò)程中主要測(cè)試CCS811驅(qū)動(dòng)程序是否存在問(wèn)題，由于驅(qū)動(dòng)代碼比較多，調(diào)用的庫(kù)函數(shù)比較多，可能會(huì)出現(xiàn)小部分的錯(cuò)誤。因此使用ST-Link，以及USB轉(zhuǎn)TTL作為調(diào)試工具。檢查是否能夠正確得到數(shù)值。此過(guò)程中遇到的問(wèn)題：在讀取到得到的CO2數(shù)據(jù)溢出，系統(tǒng)重啟后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間代碼跑飛，無(wú)法自動(dòng)重啟。解決方法：查閱資料，發(fā)現(xiàn)在使用CCS811進(jìn)行IIC協(xié)議通訊時(shí)，傳輸速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致傳感器程序丟失，導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取不正確。增大關(guān)于CCS811程序內(nèi)關(guān)于IIC通訊的延時(shí)，得到數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定。ZPH01細(xì)顆粒物傳感器調(diào)試本過(guò)程中主要測(cè)試ZPH驅(qū)動(dòng)程序是否存在問(wèn)題，由于使用到串口接收數(shù)據(jù)，同時(shí)使用另一個(gè)串口作為上傳，需要調(diào)整兩個(gè)串口，防止進(jìn)入錯(cuò)誤的串口。此過(guò)程中使用ST-Link，以及USB轉(zhuǎn)TTL作為調(diào)試工具。檢查是否能夠兩個(gè)串口一同工作。此過(guò)程中遇到的問(wèn)題：ZPH01的串口不能接收數(shù)據(jù)，從另一個(gè)數(shù)據(jù)上傳串口發(fā)送得到的PM2.5數(shù)據(jù)有誤，不符合手冊(cè)上的數(shù)據(jù)格式。解決方法：查閱資料，發(fā)現(xiàn)STM32同時(shí)使用不同的兩個(gè)串口通訊時(shí)，為了防止進(jìn)入中斷嵌套導(dǎo)致程序卡死，需要設(shè)置系統(tǒng)中斷優(yōu)先級(jí)。組態(tài)王調(diào)試本過(guò)程主要測(cè)試組態(tài)王軟件部分是否存在問(wèn)題，使用串口接收單片機(jī)數(shù)據(jù)，檢查是都能夠正確顯示數(shù)據(jù)。此過(guò)程中遇到的問(wèn)題：（1）組態(tài)王的串口無(wú)法接收單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，顯示不了。數(shù)據(jù)無(wú)法通信，所以實(shí)時(shí)曲線也無(wú)法繪制。如圖5.5所示。圖5.5組態(tài)王顯示錯(cuò)誤解決方法：使用串口軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。組態(tài)王下達(dá)的命令，單片機(jī)接收不了，因此從上位機(jī)無(wú)法對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制。解決方法：使用板子上的按鍵來(lái)進(jìn)行部分功能的控制。本章小結(jié)這部分的內(nèi)容主要描述硬件調(diào)試部分和軟件調(diào)試以及組態(tài)界面調(diào)試的過(guò)程和分析。硬件電路部分的問(wèn)題解決、軟件部分分析測(cè)試各個(gè)傳感器是否能夠正常工作，以及組態(tài)王的界面搭建。通過(guò)本章的調(diào)試之后，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)變得完善。

系統(tǒng)測(cè)試傳感器測(cè)試測(cè)試方法將整個(gè)系統(tǒng)置于一個(gè)封閉穩(wěn)定的環(huán)境中，各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)變化幅度十分微小。目的是為了測(cè)試在固定環(huán)境條件下，系統(tǒng)沒(méi)有受到任何干擾時(shí)，各個(gè)傳感器讀出的環(huán)境參數(shù)是否變化幅度大。從而用來(lái)檢測(cè)每種傳感器的誤差。在系統(tǒng)處于封閉測(cè)試環(huán)境中時(shí)，使用外部串口來(lái)接受數(shù)據(jù)，減少外部環(huán)境因素影響。串口顯示封閉測(cè)試環(huán)境的數(shù)據(jù)如圖6.1所示。圖6.1封閉測(cè)試顯示傳感器數(shù)據(jù)采集與分析在封閉環(huán)境下測(cè)試15分鐘，所得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理后表6.1所示。表6.1封閉環(huán)境下15分鐘環(huán)境變化平均值最大值最小值測(cè)量誤差溫度23.13℃23.2℃23.0℃0.86%相對(duì)濕度87.23%91.0%85.0%6.88%光照度8.24Lx8.3Lx8.2Lx1.21%CO2濃度748.37ppm752ppm731ppm2.81%PM2.5濃度24.42ug/m330ug/m323ug/m328.67%從表中可以看出，PM2.5濃度測(cè)量出來(lái)的波動(dòng)較大。初步分析是因?yàn)閆PH01這個(gè)傳感器在工作時(shí)內(nèi)部自動(dòng)加熱，加快了封閉環(huán)境內(nèi)漂浮的細(xì)微灰塵流動(dòng)，檢測(cè)結(jié)果就會(huì)有誤差。同時(shí)，受封閉環(huán)境內(nèi)部流動(dòng)空氣影響，其他傳感器測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)也有一些微小的變化。系統(tǒng)監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)監(jiān)控測(cè)試的內(nèi)容是，當(dāng)環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)是否可以做出相應(yīng)的監(jiān)控動(dòng)作來(lái)改變環(huán)境參數(shù)。通過(guò)使用控制變量法來(lái)進(jìn)行測(cè)試，每一項(xiàng)環(huán)境參數(shù)都單獨(dú)改變。系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化實(shí)現(xiàn)大部分相應(yīng)的控制來(lái)改變參數(shù)，因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)有限，無(wú)法控制空調(diào)完成相應(yīng)溫濕度調(diào)節(jié)，只能夠讀取數(shù)值，超過(guò)警戒值報(bào)警。測(cè)試結(jié)果為表6.2。表6.2系統(tǒng)控制測(cè)試表調(diào)試項(xiàng)目設(shè)定目標(biāo)實(shí)際控制溫度高于設(shè)定值空調(diào)調(diào)低溫度無(wú)空調(diào)溫度低于設(shè)定值空調(diào)調(diào)高溫度無(wú)空調(diào)溫度超過(guò)警戒值系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警濕度高于設(shè)定值打開(kāi)除濕設(shè)備打開(kāi)換氣系統(tǒng)濕度低于設(shè)定值打開(kāi)加濕設(shè)備無(wú)加濕設(shè)備光照強(qiáng)度低開(kāi)燈打開(kāi)LED燈紫外線消毒打開(kāi)紫外線燈打開(kāi)紫外線燈室內(nèi)空氣渾濁打開(kāi)換氣系統(tǒng)打開(kāi)換氣系統(tǒng)病人呼叫組態(tài)軟件顯示蜂鳴器響，串口顯示環(huán)境參數(shù)顯示顯示屏顯示上位機(jī)顯示顯示屏顯示串口顯示非技術(shù)因素影響分析因?yàn)榭諝鈺?huì)流動(dòng)，所以在使用單一傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量點(diǎn)就顯得十分重要。例如溫濕度傳感器，如果距離空調(diào)太遠(yuǎn)，溫度傳導(dǎo)到傳感器時(shí)，已經(jīng)有了一定的延時(shí)。同時(shí)因?yàn)椴煌馁|(zhì)，傳導(dǎo)熱量的性能也不一樣，所以在測(cè)量時(shí)會(huì)與實(shí)際值有一定的偏差。要減少這種因素的影響，可以增加多個(gè)相同傳感器放置在不同測(cè)量點(diǎn)，以減少溫度傳導(dǎo)所需要的時(shí)間帶來(lái)的影響。不僅受單一傳感器影響，一個(gè)傳感器在測(cè)量時(shí)總會(huì)有延遲。這是因?yàn)樵跍y(cè)量時(shí)需要一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)測(cè)量元件與環(huán)境達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡時(shí)，測(cè)量才能夠比較準(zhǔn)確。一般傳感器的響應(yīng)時(shí)間取決于內(nèi)部測(cè)量元件的結(jié)構(gòu)和測(cè)量的環(huán)境。如果環(huán)境一直在變化，那么得到的環(huán)境參數(shù)也是在不斷變換的。要減少這方面的影響，需要更換更好的，測(cè)量精度更高的傳感器。還有另一方面會(huì)影響到傳感器的測(cè)量精度，那就是傳感器會(huì)受到溫度漂移的影響。這個(gè)影響是一直存在的，因?yàn)殡娮釉骷ぷ鲿?huì)產(chǎn)生熱量，熱量就會(huì)導(dǎo)致在不同溫度下，傳感器測(cè)量同一個(gè)數(shù)據(jù)得到的結(jié)果會(huì)有細(xì)小的偏差。要解決這個(gè)問(wèn)題，需要從軟硬件兩方面來(lái)解決。硬件方面有橋臂熱敏電阻補(bǔ)償法等，但是因?yàn)閭鞲衅鞯纳a(chǎn)是由廠家來(lái)做的，所以在硬件方面要進(jìn)行修改十分困難。只能按照廠家所選用的方法來(lái)進(jìn)行溫漂的補(bǔ)償。還可以通過(guò)軟件方面來(lái)進(jìn)行溫漂的補(bǔ)償，通過(guò)查詢廠家所給的傳感器手冊(cè)，上面一般會(huì)有溫度與測(cè)量數(shù)據(jù)的曲線圖。通過(guò)對(duì)曲線進(jìn)行公式擬合，來(lái)得到溫度與測(cè)量的關(guān)系，在進(jìn)行代碼的編寫(xiě)，就可以得到更準(zhǔn)確的環(huán)境參數(shù)。本章小結(jié)本章中主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試過(guò)程，講述了系統(tǒng)各部分傳感器的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試，可以得到每個(gè)傳感器實(shí)際的誤差，方便進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的誤差調(diào)節(jié)處理，從而使得系統(tǒng)能夠更加準(zhǔn)確的進(jìn)行環(huán)境的監(jiān)控。

總結(jié)與展望總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作過(guò)程中，充滿了各種挑戰(zhàn)，遇到許多的問(wèn)題和難題。通過(guò)查閱許多相關(guān)資料，得到各種傳感器的原理介紹，才能夠完成基于組態(tài)軟件的醫(yī)院環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。論文中分析解釋本課題的原理設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目使用STM32F103C8T6單片機(jī)來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)使用多種傳感器來(lái)進(jìn)行環(huán)境的監(jiān)控，使用串口來(lái)當(dāng)作上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化來(lái)對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)。本文詳細(xì)描述了對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)于環(huán)境的調(diào)節(jié)，并通過(guò)軟硬件調(diào)試和系統(tǒng)測(cè)試得出下面的兩個(gè)結(jié)論：醫(yī)院環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以讀出環(huán)境中各種參數(shù)并根據(jù)得到的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的控制；可以通過(guò)數(shù)據(jù)串口來(lái)查看的監(jiān)控環(huán)境，可以使用板子上的按鍵控制部分設(shè)備，來(lái)達(dá)到對(duì)環(huán)境的監(jiān)控。存在的問(wèn)題本設(shè)計(jì)在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中測(cè)量環(huán)境的精度有限，對(duì)環(huán)境的監(jiān)控程度有限，無(wú)法達(dá)到百分百的控制，僅僅只能作為一個(gè)模擬環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)使用?？刹扇〉慕鉀Q方案是：使用運(yùn)算速度更快的主控芯片、精度更高的傳感器以及添加更多的外設(shè)控制電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)醫(yī)院環(huán)境下的監(jiān)控。展望本次基于組態(tài)軟件的醫(yī)院監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，僅在一個(gè)模擬環(huán)境下進(jìn)行的環(huán)境參數(shù)的采集與控制。真實(shí)的醫(yī)院環(huán)境中還要更加的復(fù)雜多變，要進(jìn)行監(jiān)控的難度還要更大，但通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到許多傳感器知識(shí)和使用STM32進(jìn)行系統(tǒng)的搭建。同時(shí)，本設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步深入優(yōu)化醫(yī)院環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)以及對(duì)醫(yī)院設(shè)備監(jiān)控的特殊需求，為醫(yī)院的信息化和智能化建設(shè)添磚加瓦。

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