【开题报告】基于STM32的大龙餐厅厨房环境监测系统的设计与实现

设计题目

基于STM32的大龙餐厅厨房环境监测系统的设计与实现

一、拟采取的设计方案及可行性分析（包括主要设计方法和手段，已有的主要设备、软件、资料等说明） （一）设计方法和手段 本系统采用多种传感器，包括温湿度传感器、噪声传感器、光照传感器、PM2.5传感器，监测到的信号变化通过STM32单片机进行模数计算，将结果显示在OLED屏幕上，便于观察，同时采用无线模块ESP8266将采集到的数据，通过互联网传输至阿里云端的数据库。同时采用配套开发的手机APP客户端进行远程监测，在电脑端用网页进行查看。因此对于本系统而言主要硬件电路设计与软件编程设计两个部分。 （二）系统实现功能 该系统具有如下模块与功能: 1.STM32核心控制电路：核心控制板采用的单片机为STM32F103C8T6。STM32F103单片机使用了ARM公司的Cortex-M3内核与一些常用工业协议的硬件电路、使用哈佛数据结构、RISC指令集。有着远超普通单片机的大容量可在线擦写的FLASH以及丰富的片上外设，。STM32采用了3级流水线的取指令方式与函数跳转预测方式，加速了代码执行的效率并且缩短了函数间浪费的时间。 2.无线传输模块：在该系统中采用ESP6266无线传输模块进行数据传输，该模块性能稳定，适用于各种传输环境，并且集成度比较高，比如一些功率放大、滤波电路、天线开关等模块和外部接口都有所集成，因此只要很少的外围电路就可以实现本身功能。 3.电源电路：采用输出电压为3.3V的ASM1117芯片进行稳压，它是一种高效线性用于交换式电源5V至3.3V。STM32单片机的工作电压为3.3V，而电路中其他的元器件需要5V供电，所以在这里用到稳压器件，保证电路的正常工作。 4.传感器电路：本系统使用的传感器较多，噪声传感器、温湿度传感器、光照传感器、以及PM2.5粉尘传感器。主要用来检测当前环境的声呗、照度、温度、湿度、以及PM2.5值。 5.一氧化碳气体检测模块：SM01-COA 一氧化碳模块采用电化学传感器，具备 家用一氧化碳泄漏报警器的基本功能；提供 UART 输 出的数字信号和状态指示、蜂鸣器、继电器、电磁阀输出的开关量信号，并且支持报警值的重新设定。 6.二氧化碳气体检测模块：SGA-MK-CO2二氧化碳气体检测模块是一款专门针对空气中存在的二氧化碳气体，进行24小时在线监测具体浓度值的标准化、模块化产品；是深国安电子运用十多年技术经验、采用国外原装进口二氧化碳气体传感器，通过32位微处理器和24位数据采集器后，再进行全量程进行温湿度补偿，然后再用99.999%纯度的标准气体进行校准之后的产品；可直接输出4- 20mA电流信号、RS485通讯协议、或0 - 5 V电压等信号。 7.烟雾感应模块：MQ-2是一个烟雾感应模块，原理是用针对特殊气体或微粒敏感的电阻来判断是否存在可燃气体或烟雾颗粒。输出有两种方式，A0口输出当前特殊气体含量参考值（0-1023），基本上100以下的示数为正常。D0口根据预先设定的参考值的阈值输出高电平或低电平信号。可以作为液化气泄漏的预警装置，也可以作为判断火灾的辅助。 软件设计： 根据以上硬件电路设计，针对每一个硬件进行软件编程，软件设计部分主要有几大块组成，初始化模块、传感器读取模块、显示模块、无线模块等。初始化模块主要负责初始化单片机内部的外设。传感器读取模块主要是负责读取传感器内部的数据，显示开关模块主要是负责将传感器中读取到的数据在OLED中显示。无线模块将单片机采集到的数据传输至网络端的数据库。 、已有的主要设备、软件、资料 主要设备、软件 一台配有Windows 10系统的电脑，stm32单片机。 参考文献 [1]谭琼花，阚聪，王鸿儒 .厨房环境监测和控制系统的设计 [J].产业与科技论坛，2020. [2]胡金良，李志成，张翠侠 ，基于STC89C52单片机和GSM的厨房安全监测系统设计 [J].河北北方学院学报(自然科学版)，2021. [3]张杨齐.基于STC89C52RC单片机的厨房气体泄漏报警器设计 [J].无线互联科技，2020. [4]东明 .厨房油烟,隐藏在身边的"杀手" [M].江苏：江苏卫生保健，2022. [5]冮殿亮，马跃 .一种智能厨房管理系统 [M].合肥：掌桥科研，2022. [6] 谭汶易 .基于NB-IOT的室内环境监测和报警系统 [M].北京：电子工业出版社，2021. [7] 桂诗勇.厨房环境智能控制系统及控制方法 [M].北京：百度文库，2021. [8]熊中刚 .基于STM32和2.4G无线通信技术的环境监测与控制系统设计 [M].桂林：桂林航天工业学院学报，2021. [9] 张楠，郭俊鑫，李宗勇 .一种厨房环境自动调节系统 [M].深圳：百度文库，2021. [10]王丽捷，李秋，孙康源，韩蓥檑，练养辰，基于物联网的厨房环境安全监控系统及其监控方法 [M].天津：百度文库，2020.

整体思路

一、引言

随着人们对食品质量和安全的日益关注，餐厅厨房的环境状况逐渐成为人们关注的焦点。为了确保餐厅厨房的卫生和安全，需要对其环境进行实时监测。本文旨在设计和实现一个基于STM32单片机的餐厅厨房环境监测系统，实现对温度、湿度、烟雾、一氧化碳等关键环境参数的监测和报警。

二、系统需求分析

本系统需要满足以下需求：

1. 实时监测：系统能够实时监测厨房的温度、湿度、烟雾和一氧化碳等环境参数。
2. 阈值报警：系统能够根据预设的阈值，在环境参数超过或低于安全范围时发出报警。
3. 数据存储：系统能够将监测数据存储到本地存储设备中，以便后续分析和查询。
4. 远程监控：系统能够通过无线网络将监测数据传输到远程监控中心，以便管理人员实时了解厨房环境状况。
5. 易用性：系统界面友好，易于使用和维护。

三、系统设计

本系统主要包括以下几个模块：

1. 传感器模块：该模块负责采集厨房的温度、湿度、烟雾和一氧化碳等环境参数。
2. STM32单片机模块：该模块负责处理传感器采集的数据，并控制报警装置和数据存储设备。
3. 报警模块：该模块负责在环境参数超过或低于预设阈值时发出报警。
4. 数据存储模块：该模块负责将监测数据存储到本地存储设备中。
5. 远程监控模块：该模块负责将监测数据通过无线网络传输到远程监控中心。
6. 人机界面模块：该模块负责提供用户界面，方便用户查看监测数据和控制系统的各项功能。

四、技术方案

1. 传感器选择与连接：选择合适的温湿度传感器、烟雾传感器和一氧化碳传感器，通过ADC接口与STM32单片机连接。
2. 数据处理与控制：利用STM32单片机的内置ADC模块对传感器数据进行采集和处理，根据预设的阈值控制报警装置和数据存储设备。
3. 报警方案：采用声光电等多种方式进行报警，如蜂鸣器响铃、LED灯闪烁等。
4. 数据存储方案：利用SD卡等本地存储设备，将监测数据存储到本地，以便后续分析和查询。
5. 远程监控方案：采用WiFi模块将监测数据传输到远程监控中心，可选用ESP8266或SIM800等常见的WiFi模块。
6. 人机界面设计：采用图形化界面设计，方便用户查看监测数据和控制系统的各项功能。可选用Qt或MicroPython等开发工具进行设计。
7. 系统电源设计：考虑到厨房环境的特殊性，需要选择合适的电源方案，如采用电池供电或通过USB接口供电。

五、系统实现

1. 硬件连接与调试：根据设计图纸连接各个模块，通过调试确保传感器能够正确采集数据并传输到STM32单片机。
2. 软件编写与调试：使用C语言编写STM32单片机的程序，实现各个模块的功能。通过调试确保系统正常运行并检测到正确的环境参数。
3. 报警阈值设置：根据实际需求设置报警阈值，确保在环境参数超过或低于安全范围时能够及时发出报警。
4. 数据存储与查询：实现数据存储和查询功能，方便用户和管理人员对监测数据进行查询和分析。
5. 远程监控功能实现：通过WiFi模块将监测数据传输到远程监控中心，实现远程监控功能。

更多内容及后续辅导，可私信本人（yibo1234567）。