嵌入式风能与热能干燥监控系统设计

分类：智能科学技术论文发表 时间：2021-01-27 14:02 关注：(1)

　　本产品采用STM32F103为主控CPU，WiFi模块ESP8266，LORA模块，蓝牙模块，温湿度传感器DHT11，热电偶模块，航模电池，摄像头模块，进行高度精确定位以及运动拍摄，能在各种环境中进行勘察，高清拍摄，用RTOS嵌入式系统保证了系统的实时性和可靠性。用PID算法来使风扇、排气扇实现自动控制的功能，使用太阳能供电板子使得能源被充分利用。使用OLED有机液晶显示屏幕来显示温度、湿度等数值，大幅度减少了人为操作，实现了成本的降低。

　　【关键词】单片机；嵌入式系统；数据；无线传输

　　1意义和目的

　　鉴于国家政策对于环保的支持以及社会市场需求，设计一个自动化的温湿度控制系统具有十分重要意义。应用DHT11温湿度传感模块实现对风能干燥室和热能干燥室内温湿度参数的实时监测，采用数字PID控制技术控制风机的转速，保持干燥室内的温度稳定，并通过继电器控制排气扇的启停使干燥室内湿度保持在设定上限之下，从而大大降低了成本，既人力、物力以及财力。该系统具备太阳能供电功能，符合国家环保政策以及当前社会可持续发展的趋势。

　　2实物搭建

　　2.1基本思路

　　采用STM32F103RCT6为主控CPU、wifi数据传输模块OLED模块、LORA模块、DHT11温湿度模块、高清摄像头、太阳能板、RTOS嵌入式系统、K型热电耦温度传感器模块等，见图1所示。

　　2.2硬件设计

　　硬件设计主要使通过WiFi模块进行传输数据，蓝牙模块的安装可以有效地进行人为控制。白天可用太阳能板给摄像头等硬件设施提供电源，夜晚的时候，高容量的航模电池可以作为续电电池，保障了系统全天候正常运行，温湿度传感器DHT11与K型热电偶温度传感器模块不断检测室内的温度和湿度，通过取其平均值使得测量出的温度与湿度缩小测量误差，起到一个警报的作用，通过与手机APP的视频相互结合，相辅相成，从而达到准确判定空间内部情况的目的[1]。嵌入式系统软件采用RTOS实时操作系统，保证了系统的实时性和可靠性。同时，该系统的供电方式具有多种选择，白天可以使用太阳能板供电，晚上可以使用航模电池或者USB接口供电，该系统充分考虑到用户的不同需求，极大丰富了用户在不同场合下的供电模式选择[2]。系统使用了PID算法控制风扇和干燥器的运行，通过与温湿度传感器相结合，使得环境温湿度达到一个稳定的状态。如图2、图3所示。

　　2.3软件设计

　　系统的移动终端是通过手机来实现的，通过自主编写生成的APP来与硬件的控制系统进行信息传输和交流，手机通过蓝牙可以与硬件控制系统进行数据传输，实现硬件系统的远程控制以及远程监控[3]。除此之外，通过手机APP可以具体监测到各个电器工作情况，例如检测室内温湿度后会将相关信息反馈到手机APP上，也可以通过手机APP来检测硬件控制系统的工作状态，让我们在第一时间获得相关及信息。为尽可能减少不必要的麻烦，应及时对硬件控制系统进行维修。

　　3遇到的问题以及解决方案

　　3.1PID的调节参数不够稳定解决方案

　　反复测试比例、积分、微分的大小，使系统的反应速度的快、稳、准，从而让环境温湿度达到预期要求。

　　3.2单片机与后台的数据传输出现乱码

　　解决方案：通过把传输数据格式设置成JSON格式以及与后台的不断调试对接，从而使其稳定传输。

　　3.3摄像头调试出现问题

　　解决方案：更换USB-TTL，使摄像头调试成功。

　　3.4APP界面设计不够精美

　　解决方案：通过与安卓组的不断沟通协调，使其APP页面达到理想样式。

　　4项目预期成果及其效益：

　　（1）系统能够在恶劣环境下稳定、安全地运行。（2）快速拍摄高清图片。（3）摄像头能够对室内环境进行全方位勘察。（4）能够稳定实现无线通讯。（5）能够测量室内温湿度并显示在OLED屏幕以及手机上面。（6）使用PID算法能够稳定快速地得到想要的反馈。（7）通过太阳能板的供电使系统达到节能环保的要求。

　　5结语

　　通过软件、硬件以及RTOS系统的结合与相辅相成，使系统达到了预期要求，系统实现高度抗恶劣环境的能力，能够在更加恶劣的环境下工作。通过不断改进使得该系统的成本大大降低，并且通过PID参数的调节使得改系统能够稳定运行。该项目采用了太阳能板供电，符合社会可持续发展的趋势以及国家政策，有利于减少电池造成的污染，对环境保护有一定贡献。

　　【参考文献】

　　[1]王正林，陈国顺.MATLAB/Simulink与控制系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2005:45-47.

　　[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统——运动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2016:96-97.

　　[3]林立，张俊亮.单片机原理及应用:基于Proteus和KeilC[M].北京：电子工业出版社，2013:31-46.

　　作者：郑焕勇 郑景星 温汉清 梁嘉诚