基于STM32的车间环境监测系统设计与实现

1. 项目概述

这个项目是我去年为本地一家小型纺织厂设计的车间环境监测方案。当时他们刚经历了一次因电机过热引发的险情，虽然没造成实际损失，但管理层意识到需要一套实时监控系统。传统工业级设备价格昂贵，而基于STM32的方案成本不到前者的1/5，最终实现了温度、烟雾浓度的全天候监测，当检测到异常时能通过声光报警和短信通知双通道预警。

系统核心是一块STM32F103C8T6最小系统板，搭配DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器和SIM800L GSM模块。特别设计了分级报警机制：当温度超过50℃触发一级报警（本地蜂鸣器），超过70℃或烟雾浓度超标时启动二级报警（同时发送短信）。所有数据会通过ESP8266上传到云端，方便后期分析车间环境变化趋势。

2. 硬件设计与选型

2.1 主控芯片选择

对比了STM32F1和F4系列后，最终选用STM32F103C8T6（蓝色pill开发板），主要考虑：

• 72MHz主频足够处理传感器数据
• 内置12位ADC可直连模拟传感器
• 成本仅15元左右
• 丰富的GPIO接口（本项目实际使用了USART1/2、ADC1/2、3个普通IO口）

注意：购买时要认准正版芯片，市场上有些仿制版ADC精度不达标。我测试时发现某宝8元"特价版"的ADC线性度误差达3%，远高于正品的0.5%

2.2 传感器选型方案

2.2.1 温度监测

选用DHT11数字温湿度传感器（非接触式测量）：

• 温度量程：0-50℃（精度±2℃）
• 湿度量程：20-90%RH（精度±5%）
• 单总线通信，节省IO资源

实际测试中发现车间高温区域可能超过50℃，因此额外增加了热电偶模块（MAX6675+K型热电偶）作为补充，量程可达0-1024℃。

2.2.2 烟雾检测

MQ-2半导体气敏传感器的特性：

• 检测范围：300-10000ppm（液化气/烟雾）
• 预热时间：约20秒（冷启动时需要）
• 模拟电压输出（需接STM32的ADC）

调试时发现需要特别注意：

1. 传感器对酒精蒸汽也敏感，要避免安装在消毒区域
2. 长期使用后灵敏度会下降，建议每季度用标准气体校准

2.3 报警模块设计

采用三级响应机制：

1. 本地指示灯（绿色LED）：系统正常运行
2. 一级报警（红色L