校园环境自动检测系统的采集装置设计【字数：12657】
摘 要随着物联网技术的不断进步，人们逐步重视起校园环境的监测，对于校园环境中的温湿度、噪声、有害气体等参数的监测也愈发重视。本课题是基于以 STM32F103C8T6为主控芯片的校园环境自动检测系统的采集装置，该装置主要通过DHT11温湿度传感器与分贝仪噪音模块噪声传感器对装置周围的温湿度和噪声数据进行检测并通过OLED显示屏实时显示，采集的数据通过LoRa无线通信传输到接收装置，通过调试对采集装置的各项功能进行实验测试与整理优化。本设计选用无线通信技术，这样解决了由于地理位置、传输距离等因素所带来的一系列问题。软件部分则采用C语言编程来实现温湿度、噪声的采集功能，OLED的显示功能和LoRa的传输功能。
目录
1.绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 校园环境检测技术的概况 1
1.3本文的安排和结构 2
2.系统设计方案 3
2.1 研究内容及设计要求 3
2.2 设计方案及比较 3
2.2.1 控制方式的选择 3
2.2.2 主控芯片选择 4
2.2.3 温湿度传感器的选择 5
2.2.4 噪声传感器的选择 5
2.2.5 显示模块的选择 6
2.2.6 数据传输模块的选择 6
2.2.7 方案确定 7
3.系统硬件设计与分析 8
3.1 概述 8
3.2单片机最小系统 8
3.3 温湿度采集电路 9
3.4 噪声采集电路 10
3.5 OLED电路 14
3.6 数据发送电路 15
3.8 PCB设计制作 18
4.系统程序设计 19
4.1 概述 19
4.2 系统总程序设计及流程图 19
4.3 温湿度采集设计及流程图 20
4.3.1程序设计 20
4.3.2 流程图 20
4.4 噪声采集设计及流程图 21
4.4.1程序设计 21
4.4.2 流程图 21
4.5 OLED显示设计 22 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.6 LoRa远程传输设计 23
5.系统调试 24
5.1 数据显示调试 24
5.2 传感器数据调试 25
结语 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1 选题的背景及意义
校园环境体现了一所学校的风貌，对学生的成长和学校的秩序起着不容忽视的影响。学校所处地理位置的优劣是校园环境好与坏的重要衡量准则之一。很多学校建设在城市中心,周围纵横交错的交通产生的噪声必然影响学校的声环境,从而给校内的师生带来学习与生活的困扰。在中国有明确的规定：校园的白天噪声最高是55dB，晚上噪声不应超过45dB。研究显示声音超过50dB，就会听力造成损伤，使得注意力变得不集中，睡眠质量也会大打折扣，从而使单位时间内完成的工作量降低[1]。
在诸多的气象因素中，对人体健康影响最深的就是温度和湿度。如果环境温度特别低，人体散热过多则会产生阴冷的感觉甚至导致伤风感冒等疾病。当外界温度超过人体并且相对湿度很大时，人体蒸发散热较为艰难，反而还要吸取外界的热量，此时会感到闷热无比甚至导致中暑等问题。因此人体的适宜条件实际是温度、湿度的综合效应。尤其夏日季节温度高、湿度大，容易使人产生不舒适的感觉[2]，易于疲劳导致工作、学习效率降低。
能够准确检测校园的温湿度与噪声对学校校园环境建设有重要意义。和谐的校园环境可以保证学生和老师们更好地进行学习和研究，构建良好的校园环境也是为学生成为人才提供重要的外部条件，因此对校园环境的检测与监察越发受到关注。
1.2 校园环境检测技术的概况
随着人民生活水平条件持续优化提高，社会环境中采用的环境检测系统类别越来越多且逐渐智能化。与之相伴的是人们对这些系统的使用要求越来越高，比如需要系统提供更高效的用户体验或更方便的操作方法、在对环境监控的同时能采集数据并加以统计分析，能够随时随地让我们对于身处的环境有一定了解，同时能够采取措施保障自身的健康与安全。
我国对于环境检测的研究主要集中在室外天气的状况以及交通出行等方面，目前关于校园环境检测的十分稀少[3]。近年来物联网通信技术、传感器技术的快速发展为该系统的实现提供了有力条件，目前针对校园环境监测问题主要有以下几类解决方案：
（1）基于RS485总线的校园环境监测系统。RS485使用半双工的通信方式，采用总线型的网络拓扑结构，采用RS485总线的通信方式实现了一套可监测多项环境参数、具备自动调控等功能的智能环境监控系统。但是本系统的监测器均使用电源供电、功耗较高、限制较多、不利于实际部署。
（2）基于视频监控的校园环境监测系统。在图书馆走廊、机房内部的固定位置安装摄像机，通过云台控制摄像头的位置及焦距，人工查看红外报警器面板、精密空调显示面板、温度湿度计视频图像来确定是否有异常情况发生。目前大多视频监控只作为事后查看的参考依据，不能事前预警，事中也无法采取相关措施进行及时处理。
（3）基于ZigBee技术的校园环境监测系统。可快速自组网，节点、路由器、协调器之间采用无线通信，避免重新布线的繁琐，且节点功耗低，电池使用寿命长。但是对于需覆盖范围广的校园环境监测来说，该解决方案需要多级路由，针对不同结构的建筑物需要制定不同的路由方案，增加了系统部署的复杂性。
（4）基于LoRa无线通信技术的校园环境监测系统。以监测校园的PM2.5为例，对LoRa节点网关的传输性能进行分析，包括测试丢包率与通信距离、发射功率、有效负载长度、天线角度、天气条件的关系。
1.3本文的安排和结构
本课题设计的是以实现校园温湿度和噪声的采集、实时显示以及无线传输为目的，主要由软件部分和硬件部分这两个部分组成。
系统硬件选择 STM32为中心芯片，本次选用的MCU是 STM32F103C8T6。其次选择DHT11温湿度传感器与分贝仪噪音模块噪声传感器实现数据采集功能，并通过OLED显示屏实时显示，采集的数据通过LoRa无线通信传输到接收装置。软件部分则采用C语言编程来实现温湿度、噪声的采集功能，OLED的显示功能和LoRa的传输功能。
本文首先对所需要的芯片、传感器等进行一些介绍和对比，挑选出符合本设计的芯片以及传感器。然后是对硬件部分进行介绍，贴出原理图，写出相关的工作参数。之后是对软件部分进行介绍，画出相应的框图。最后则是对于整个系统进行调试，测试相关的参数，查看它的完成效果。
2.系统设计方案
目录
1.绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 校园环境检测技术的概况 1
1.3本文的安排和结构 2
2.系统设计方案 3
2.1 研究内容及设计要求 3
2.2 设计方案及比较 3
2.2.1 控制方式的选择 3
2.2.2 主控芯片选择 4
2.2.3 温湿度传感器的选择 5
2.2.4 噪声传感器的选择 5
2.2.5 显示模块的选择 6
2.2.6 数据传输模块的选择 6
2.2.7 方案确定 7
3.系统硬件设计与分析 8
3.1 概述 8
3.2单片机最小系统 8
3.3 温湿度采集电路 9
3.4 噪声采集电路 10
3.5 OLED电路 14
3.6 数据发送电路 15
3.8 PCB设计制作 18
4.系统程序设计 19
4.1 概述 19
4.2 系统总程序设计及流程图 19
4.3 温湿度采集设计及流程图 20
4.3.1程序设计 20
4.3.2 流程图 20
4.4 噪声采集设计及流程图 21
4.4.1程序设计 21
4.4.2 流程图 21
4.5 OLED显示设计 22 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.6 LoRa远程传输设计 23
5.系统调试 24
5.1 数据显示调试 24
5.2 传感器数据调试 25
结语 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1 选题的背景及意义
校园环境体现了一所学校的风貌，对学生的成长和学校的秩序起着不容忽视的影响。学校所处地理位置的优劣是校园环境好与坏的重要衡量准则之一。很多学校建设在城市中心,周围纵横交错的交通产生的噪声必然影响学校的声环境,从而给校内的师生带来学习与生活的困扰。在中国有明确的规定：校园的白天噪声最高是55dB，晚上噪声不应超过45dB。研究显示声音超过50dB，就会听力造成损伤，使得注意力变得不集中，睡眠质量也会大打折扣，从而使单位时间内完成的工作量降低[1]。
在诸多的气象因素中，对人体健康影响最深的就是温度和湿度。如果环境温度特别低，人体散热过多则会产生阴冷的感觉甚至导致伤风感冒等疾病。当外界温度超过人体并且相对湿度很大时，人体蒸发散热较为艰难，反而还要吸取外界的热量，此时会感到闷热无比甚至导致中暑等问题。因此人体的适宜条件实际是温度、湿度的综合效应。尤其夏日季节温度高、湿度大，容易使人产生不舒适的感觉[2]，易于疲劳导致工作、学习效率降低。
能够准确检测校园的温湿度与噪声对学校校园环境建设有重要意义。和谐的校园环境可以保证学生和老师们更好地进行学习和研究，构建良好的校园环境也是为学生成为人才提供重要的外部条件，因此对校园环境的检测与监察越发受到关注。
1.2 校园环境检测技术的概况
随着人民生活水平条件持续优化提高，社会环境中采用的环境检测系统类别越来越多且逐渐智能化。与之相伴的是人们对这些系统的使用要求越来越高，比如需要系统提供更高效的用户体验或更方便的操作方法、在对环境监控的同时能采集数据并加以统计分析，能够随时随地让我们对于身处的环境有一定了解，同时能够采取措施保障自身的健康与安全。
我国对于环境检测的研究主要集中在室外天气的状况以及交通出行等方面，目前关于校园环境检测的十分稀少[3]。近年来物联网通信技术、传感器技术的快速发展为该系统的实现提供了有力条件，目前针对校园环境监测问题主要有以下几类解决方案：
（1）基于RS485总线的校园环境监测系统。RS485使用半双工的通信方式，采用总线型的网络拓扑结构，采用RS485总线的通信方式实现了一套可监测多项环境参数、具备自动调控等功能的智能环境监控系统。但是本系统的监测器均使用电源供电、功耗较高、限制较多、不利于实际部署。
（2）基于视频监控的校园环境监测系统。在图书馆走廊、机房内部的固定位置安装摄像机，通过云台控制摄像头的位置及焦距，人工查看红外报警器面板、精密空调显示面板、温度湿度计视频图像来确定是否有异常情况发生。目前大多视频监控只作为事后查看的参考依据，不能事前预警，事中也无法采取相关措施进行及时处理。
（3）基于ZigBee技术的校园环境监测系统。可快速自组网，节点、路由器、协调器之间采用无线通信，避免重新布线的繁琐，且节点功耗低，电池使用寿命长。但是对于需覆盖范围广的校园环境监测来说，该解决方案需要多级路由，针对不同结构的建筑物需要制定不同的路由方案，增加了系统部署的复杂性。
（4）基于LoRa无线通信技术的校园环境监测系统。以监测校园的PM2.5为例，对LoRa节点网关的传输性能进行分析，包括测试丢包率与通信距离、发射功率、有效负载长度、天线角度、天气条件的关系。
1.3本文的安排和结构
本课题设计的是以实现校园温湿度和噪声的采集、实时显示以及无线传输为目的，主要由软件部分和硬件部分这两个部分组成。
系统硬件选择 STM32为中心芯片，本次选用的MCU是 STM32F103C8T6。其次选择DHT11温湿度传感器与分贝仪噪音模块噪声传感器实现数据采集功能，并通过OLED显示屏实时显示，采集的数据通过LoRa无线通信传输到接收装置。软件部分则采用C语言编程来实现温湿度、噪声的采集功能，OLED的显示功能和LoRa的传输功能。
本文首先对所需要的芯片、传感器等进行一些介绍和对比，挑选出符合本设计的芯片以及传感器。然后是对硬件部分进行介绍，贴出原理图，写出相关的工作参数。之后是对软件部分进行介绍，画出相应的框图。最后则是对于整个系统进行调试，测试相关的参数，查看它的完成效果。
2.系统设计方案
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