0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

基于STM32单片机的瓦斯监测与控制

机智云 2024-02-27 08:09 次阅读

本文设计出这一款基于STM32单片机煤矿瓦斯监测控制管理系统,包括甲烷气体传感器电路、温湿度传感器电路、Wi-Fi模块电路、报警电路、继电器控制电路及显示电路。

STM32单片机作为核心,具有监测煤矿矿井温湿度、瓦斯浓度参数的功能,并具有瓦斯浓度超限报警功能;具有自动强制通风功能;采集数据可通过液晶屏显示。监控数据和告警信息可以通过Wi-Fi模块传输到远程机智云端。

系统方案设计

797f2c02-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg79cedcb6-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg

本次设计的主要核心是机智云平台对煤矿瓦斯安全环境的监控,使用移植机智云GAgent的Wi-Fi/GPRS模组建立桥梁,使煤矿瓦斯监测系统采集的数据与机智云互联互通。煤矿瓦斯监测系统与机智云数据交互图如图1所示。

总体方案设计

煤矿瓦斯安全监测系统涉及的主要硬件设备有:单片机最小系统控制电路、瓦斯气体采集模块、温湿度传感器采集模块、蜂鸣器报警模块、有机发光二极管(organiclight-emittingdiode,OLED)显示模块、继电器自动化控制模块和Wi-Fi无线通信模块。这几大模块共同组成了煤矿瓦斯安全监测系统。主要功能实现如下。

01

运用有毒气体传感器,检测煤矿有害气体浓度(比如瓦斯、一氧化碳等)是否超标,当检测到有毒气体超标,开启排风口排有毒气体,同时开启蜂鸣器警报报警,开启工作人员安全撤离,保障工作人员的安全。

02

运用温湿度传感器,采集当前煤矿环境的温湿度值。当温湿度值超过设定的阈值时,开启风扇散热排湿。实现煤矿工作环境的稳定。

03

运用光敏传感器,采集煤矿工作的光强环境。

04

OLED液晶屏幕显示煤矿环境温湿度值、瓦斯浓度值。

05

手机App机智云页面的监控。采用Wi-Fi模块,实现数据无线传输在手机App端显示监控以及控制。手机App端可以显示采集的数据,还可以控制瓦斯浓度报警阀值。

79e544e2-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg

硬件电路设计

79f6c4ce-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg

7a0e7056-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg

单片机最小系统介绍

单片机最小系统一般由下载电路、电源电路、复位电路、晶振电路和单片机芯片组成,也是系统能够实现运转的最小电路原理图。可以说,每个项目设计的每一个系统都离不开这几个电路的支撑,其外设各种功能都是在此基础上开发。

01

晶振电路

本设计采用的是外接晶振电路:本晶振电路有两个电容和一个晶振源组成,两个无极电容的主要作用是消除晶振源产生干扰电感的阻抗。晶振,更正确地说是“晶体振荡器”,在系统电路中主要起着产生振荡频率的作用,可以说所有的系统电路都离不开时序的频率驱动,这是一种有序的时序逻辑电路,比喻为单片机的心脏也不为过,起着至关重要的作用,而晶振的频率主要采用12M,可以根据单片机需求进行锁相环(phase-lockedloop,PLL)分频,至高能达到72MHz。

02

复位电路

刚开始系统上电时给电容充电,此时的电阻和电容之间会形成高电压,所以单片机的RST复位引脚是高电平,当按键S2被按下后,此时的电阻和电容之间会形成低电压,单片机复位引脚RST是低电平状态,处于这个状态超过两个机器周期,单片机就会进行程序初始化(复位)。

03

甲烷气体传感器电路

甲烷、一氧化碳等有毒气体检测电路是整个系统电路的核心组成部分之一,核心部件MQ-5有毒气体传感器,具有灵敏度高、寿命长、稳定性好、电路结构简单的优点,所以常用于家庭、工厂和公共场所的气体安全检测,而且MQ-5不仅能甲烷,还能检测氢气、苯、天然气等气体的探测。所以相对准确地说:MQ-5是个多种气体检测传感器。

04

温湿度传感器电路

本次设计采用DHT11温湿度传感器模块采集煤矿的温湿度。收起传感器简介:DHT11温湿度传感器是一种能够自行测量温度和湿度的复合型元器件,也是一种能够自行校准数字信号并且串行输出的传感器。其中湿度能够检测的范围20%~90%RH,温度为0~50℃,湿度的精确度在±5%RH,误差较大点,温度精确度在±2℃左右,精确度较高。

05

蜂鸣器电路

蜂鸣器电路连接在三极管基极和单片机PB12的电阻主要起到限流的保护作用,工作原理是只要单片机PB12端口输出低电平至三极管基极,集电极与发射极超过0.7V的导通电压,三极管被导通,有较大的电流经过三极管,蜂鸣器机会进行报警,此处用于煤矿有毒气体超标时和温湿度值过大时就会进行警报。

软件程序设计

7a314a72-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg7a3b4dd8-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg

采用的是Keil5软件,目前最主流编程软件。功能强大:提供了C语言编译器、连接器、宏汇编、库函数管理功能,还能在线调试和仿真

主控制程序设计

系统上电后,进入主程序之前循环之前,需要先对各个模块的程序进行初始化,模块初始化主要包括MQ-5甲烷气体传感器、DHT11温湿度传感器、OLED显示屏等,重新初始化可以复位系统电路,并获取传感器初始化状态。

初始化完成后,主程序会对MQ-5有毒气体传感器实时采集有毒气体、DHT11温湿度传感器采集温湿度、OLED屏幕实时更新显示等,将获取的数据经过单片机的对比后,作出相应的紧急判断,最后通过Wi-Fi上传数据,实现手机App端机智云的监控,从而实现煤矿瓦斯安全监测等自动化操作。

79cedcb6-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg

电子电路设计

本设计的硬件制作原理图主要使用AltiumDesigner这款软件进行制作,此款软件可以汉化支持中文显示,使用比较的方便,功能强大齐全,设计上比较的简单,对电子电路开发有着一整套的电路开发系统,适宜电子爱好者的设计与开发,在网上学习资料也比较的齐全。

以下是设计操作的几个主要步骤:

(1)打开软件运行后创建文件。新工程需要选创建工程文件,然后保存命名为“单片机的煤矿瓦斯监测控制管理系统的设计与研究”。
(2)在工程项目中创建原理图,对一些需要用到的元器件进行库增加,在库元件中找到自己设计所需要的元器件拖出来,然后对元器件进行正常的连接与布局。
(3)完成以上的步骤后,最终可以得到完整的煤矿瓦斯监测控制管理系统。

数据自动采集与监测

机智云是一个致力于物联网和云服务的开发平台。智能云平台主要专注于物联网硬件上的智能云服务和解决方案,是行业的长期努力,是对传统物联网行业的深刻改造,为个人和企业开发者提供一站式智能硬件开发和云服务平台。

该平台提供从定义的产品、设备端开发和调试、应用程序开发、生产测试、云开发、运营管理和数据服务访问到运营管理的智能硬件访问,以实现服务的全生命周期。机智云平台为开发人员提供自助的智能硬件开发工具和开放的云服务。通过简单的自助工具,完善的SDK和API服务功能,最大限度地降低物联网硬件开发的技术门槛,降低开发人员的成本,提高开发人员的产品生产速度,智能升级开发人员。更好地连接和服务最终消费者。

机智云平台是一个致力于物联网和智能硬件云服务的开放平台,本设计中通过Wi-Fi模块实现数据传输,实现对瓦斯气体采集并上传至机智云的功能。

7a314a72-d504-11ee-9118-92fbcf53809c.jpg

开发顺序步骤:

A. 注册成为智能云开发人员

在使用智能云平台服务之前,您需要注册一个开发者账户。单击以注册WitCloudDeveloper账户,将其分为“个人账户”或者企业账户。

B. 创建产品

在开发者中心点击“创建新产品”后输入产品名称以及选择对应设备接入方案即可完成“新产品”的创建。

第一步,点击“创建新产品”;

第二步,输入产品名称与选择设备接入方案;

第三步,创建数据点,点击“新建数据点”,添加开关机数据点;

第四步,下载云端自动生成的协议。

C. 设备与应用开发

设备端访问:设计中把单片机设备采集的信息通过编写智能云连接协议GAgent的网络模块,即可通过智能云平台Wi-Fi模块无线通信实现设备组网和智能。通过Wi-Fi模块连接到智能云平台,实现App通过云控制智能设备。

D. 调试产品

产品开发完成后,单片机系统数据在调试过程中,开发和调试设备将连接到WisdomCloudSandbox服务器(测试服务器),将采集的电压值进行显示在对应的界面,并且可以进行控制充电开启以及关闭。

本文设计的基于单片机的煤矿瓦斯监测控制管理系统,以单片机为核心,通过传感器将井下瓦斯浓度传给单片机,单片机经过处理,判断瓦斯浓度是否超标。当有害气体浓度超标时,会发出声光报警,开启继电器控制风扇进行空气浓度调节,直至浓度降到设定值以下。

通过Wi-Fi模块传输到机智云端,还能在OLED显示屏显示,便于工作人员查看和控制。能够防止和避免事故发生,保证井下工作人员的安全。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 单片机
    +关注

    关注

    6036

    文章

    44553

    浏览量

    634787
  • STM32
    +关注

    关注

    2270

    文章

    10897

    浏览量

    355790
  • 监测
    +关注

    关注

    2

    文章

    3599

    浏览量

    44511
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    STM32单片机的特点介绍

    STM32系列单片机是由ST厂商推出的单片机,基于专为高性能、低成本、低功耗嵌入式应用设计的ARM Cortex-M内核,具备一流的外设配置,使其在功耗和集成度方面表现出色,STM32
    的头像 发表于 09-25 17:19 1402次阅读

    stm32单片机用什么软件编程

    STM32单片机是一种广泛应用于嵌入式系统领域的微控制器,具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。要对STM32单片机进行编程,需要选择合
    的头像 发表于 09-02 10:16 1278次阅读

    stm32单片机引脚介绍及功能

    STM32系列单片机是STMicroelectronics(意法半导体)推出的一款基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。STM32单片机
    的头像 发表于 09-02 09:38 5248次阅读

    stm32和51单片机的区别是什么

    架构差异: STM32是基于ARM Cortex-M系列内核的32位微控制器,具有更高效的处理能力和更丰富的外设。 51单片机是基于8051内核的8位微控制器,处理能力相对较低,外设也
    的头像 发表于 09-02 09:33 727次阅读

    基于STM32单片机的智能窗帘控制系统设计

    系统以STM32单片机进行主控,系统内使用血氧传感器进行血氧检测,通过电机控制采集血。按键控制采血和检测。
    的头像 发表于 06-28 14:24 2709次阅读
    基于<b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>的智能窗帘<b class='flag-5'>控制</b>系统设计

    基于STM32单片机的智能冰箱控制系统设计

    基于单片机设计的一款智能冰箱控制系统,可以控制冰箱的制冷装置,可以采集冰箱的异味浓度,超过闽值之后控制紫外灯进行消毒工作单片机采用
    的头像 发表于 06-25 09:21 1222次阅读
    基于<b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>的智能冰箱<b class='flag-5'>控制</b>系统设计

    基于STM32单片机的火灾防盗系统设计

    本次式设计的系统是以 STM32 单片机作为核心控制器,可以控制烟雾传感器、火焰传感器对相关数据进行采集,可以通过红外对是否有人进行监测,当
    的头像 发表于 06-24 09:52 2256次阅读
    基于<b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>的火灾防盗系统设计

    基于STM32单片机的GPS定位系统设计

    本次设计的定位系统,是以STM32单片机作为核心控制器,可以控制 GPS 定位模块对经纬度信息进行采集,可以对安全值进行设定,当超过安全范图后会控制
    的头像 发表于 06-24 09:50 2468次阅读
    基于<b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>的GPS定位系统设计

    基于STM32单片机的智能厨房系统设计

    本次设计的系统是以 STM32 单片机作为核心控制器,可以控制温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器完成对相关数据的采集,可以 对烟雾、天然气的阈值进行设定,当
    的头像 发表于 06-24 09:48 1519次阅读
    基于<b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>的智能厨房系统设计

    51、STM32单片机的编程方式一样吗?

    STM32和51单片机是两种常见的单片机系列,它们在硬件架构、性能特点和编程方式等方面有所不同。但是从c语言编程的角度来说,我认为是大同小异的。我们来对比一下它们的编程特点:51&
    的头像 发表于 05-18 08:04 2187次阅读
    51、<b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>的编程方式一样吗?

    STM32单片机最小化系统设计原理

    STM32最小系统,就是能让STM32单片机能够正常工作所必须拥有的组成部分的集合,也是STM32单片机正常运行的必要环境。
    发表于 04-23 14:54 2806次阅读
    <b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>最小化系统设计原理

    基于51单片机的锅炉监测设计

    电子发烧友网站提供《基于51单片机的锅炉监测设计.rar》资料免费下载
    发表于 01-12 10:36 0次下载

    基于STM32单片机大棚温湿度检测无线蓝牙APP控制设计方案

    毕业设计的任务是基于STM32单片机,结合风扇控制电路、温湿度传感器电路、1602液晶显示电路和蓝牙模块电路,设计一套大棚环境参数监测系统。此系统旨在实时
    的头像 发表于 01-08 09:34 1355次阅读
    基于<b class='flag-5'>STM32</b><b class='flag-5'>单片机</b>大棚温湿度检测无线蓝牙APP<b class='flag-5'>控制</b>设计方案

    基于51单片机的锅炉监测设计

    电子发烧友网站提供《基于51单片机的锅炉监测设计.rar》资料免费下载
    发表于 01-05 10:49 1次下载

    STM32单片机的特点和功能是什么

    STM32单片机是一款基于ARM Cortex-M内核的32位闪存微控制器,由STMicroelectronics公司(意法半导体)生产。STM32
    的头像 发表于 01-03 15:33 1.2w次阅读