基于STM32隧道洞口环境监测系统综述

叶传宗 秦会斌

摘 要 为了解决获取隧道洞口环境值的精度低，设备安装难度大等苦难，设计了基于STM32处理器的采集系统。该系统可以采集隧道洞口照度、色温、温度、湿度和露点值，经过RS485传输到PC机中显示和保存。该系统在实验室中运行稳定，同时在上海市测试中心经过了更精确的调试，在误差范围内可以满足使用。

关键词 环境参数采集;STM32;RS485传输;上位机设计

引言

随着我国经济的快速发展，隧道建设项目与日俱增，隧道环境监测成为公路隧道研究的重要课题之一[1]，因为隧道洞口外的环境数据对于隧道洞内的灯光调节管理有着重要作用。

但是目前面临着成本高、安装复杂等困难。为了解决这些问题，本文采用了STM32微处理器和多个传感器，设计了一种可以检测洞外环境参数的环境探头，其安装方便，价格低廉。

1系统介绍

本系统以STM32为核心处理器，它将检测模块中各个传感器接收到的数据，包括照度，色温，温度，濕度值，通过核心芯片的处理，采用自定义的协议传递到显示模块PC机中，在PC机一端可将数据保存进数据库。具体模块如下划分。

采集模块。数据采集模块主要由多个传感器组成，用于探测环境中的色温、照度、温度和湿度这些环境参数[2]。

处理模块。该模块在STM32中实现，它可将各个传感器接收到的数据进行计算，采用自定义协议将数据发送到上位机中。

数据通信模块。该模块的主要功能就是负责下位机与上位机之间的通信，主要采用RS485串口通信来完成通信功能。

显示模块。上位机主要负责显示数据，同时将数据保存进数据库。

2硬件设计

2.1 核心微处理器的选择

STM32F103VET6是基于ARM Cortex-M3内核的一款32位RISC处理器，它的内部集成了2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包括了许多标准的通信接口，比如I2C、SPI、3个USART、一个CAN和一个USB等接口。该芯片的最高工作频率可以达到72MHz，这些丰富的资源使得系统硬件电路大幅减少，同时它的工作温度范围在-40摄氏度到+105摄氏度，可以满足在野外工作的需求[2]。

2.2 数据采集器的选择

该系统用到了色温、照度、温湿度[3]三种传感器，分别采用的是TCS34725，BH1750，SHT30传感器，选择这三种传感器主要考虑到了一个是价格因素，第二个是这三款传感器稳定，工作的温度范围广，完全可以适应野外复杂的环境[4]。

3软件设计

3.1 c#串口类

本系统的上位机软件部分采用的是基于c#语言的winform技术，该技术中的SerialPort类提供了可以通过串口来收发数据的简便方法，同时它具有功能强大，实时性好，通信快速等特点[5]。数据库采用的是SQL server2008数据库。

3.2 上位机与下位机之间的通信协议

该通信协议根据RS485的远程终端协议而制定的。上位机向下位机发送查询命令格式如表一所示：

表格中的数据都是十六进制数据，起始位以2A开始，31表示此时查询的是洞外照度数据，00表示数据的长度，查询命令不携带数据，以23表示结束命令。

4测试结果

本文设计的系统在实验室中进行了测试，上位机的显示如图三所示：

我们在上海市计量测试中心进行了进一步的调试，最终的结果如表三所示;

5结束语

这个以STM3为核心设计的系统具有可查询当前色温、照度、温度、湿度、露点值的功能。经过测试表明，该系统各部分通信正常，且接收的数据经过处理之后，在误差范围之内可以接受。同时硬件成本低，容易安装。以后还可以考虑在该系统中加入视频模块等，可以进一步提高系统的完整性。

参考文献

[1] 娄诚.高速公路隧道环境监测与控制管理发展趋势[J].北方交通，2012，（05）：122-124.

[2] 丁月林.基于STM32的低功耗温湿度采集器实现[J].软件，2015， 36（5）：84-88.

[3] 张祥，蔡景，林海彬，等.基于STM32的温湿度监测系统设计[J].中国仪器仪表，2013，（07）：62-65.

[4] 郑燕，王杨.基于嵌入式控制的智能家居防盗系统设计[J].科学咨询，2013，（10）：58-60.

[5] 余小庆，赵伟杰，李晓青.基于C#.Net公共预算租赁系统上位机通信及数据库管理[J].工业仪表与自动化装置，2013，（05）：70-73.