STM32设计远程烘干控制系统

随着工业自动化程度的不断提高以及物联网技术的日益成熟，智能工厂和数字化车间的建设已成为现代制造业的重要发展趋势。在众多生产环节中，烘干车间作为关键的一环，其环境条件（如温度、湿度、空气质量等）直接影响着产品质量和生产效率。传统的烘干车间管理方式往往依赖人工监控，不仅效率低下，而且难以做到实时精确调控，无法满足现代化精益生产和环保节能的要求。

为解决上述问题，提出基于STM32设计的烘干车间远程控制系统项目。本项目通过集成温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器等设备，实时精准地监测车间内部环境，并结合云端技术和微信小程序，实现对烘干车间环境参数的远程监测与智能化控制。系统具备自动化调节、异常报警、远程操作等功能，能够有效提升烘干过程的能效比，降低能耗，同时保障工作环境的安全性，确保产品品质稳定，进一步推动智能制造的发展和落地应用。

【2】设计实现的功能

（1）环境温度检测：系统配备DHT11温湿度传感器，实时捕捉并精确测量烘干车间的环境温度，确保温度始终保持在适宜的范围内。

（2）环境湿度检测：同样使用DHT11模块，同步监测车间内的湿度水平，这对于物料烘干过程中的水分去除至关重要。

（3）空气质量监测：采用MQ135空气质量传感器来监测车间内空气质量，特别是对有害气体浓度进行实时监测，确保工作人员的身体健康和安全生产。

（4）通风设备控制：通过继电器对5V通风风扇进行开关控制，当湿度超过预设阈值时，自动启动或关闭风扇，实现室内空气的快速循环与湿度调节。

（5）加热设备控制：同样利用继电器对5V加热模块进行智能控制，当温度低于设定的最低阀值时，自动开启加热设备，提供必要的热量以保持理想的烘干环境温度。

（6）异常报警：系统具有实时预警功能，一旦检测到空气质量超标或其他异常情况，立即触发内置的高电平触发有源蜂鸣器报警，提醒相关人员及时采取应对措施。

（7）云平台支持：借助ESP8266-WIFI模块和腾讯云IOT物联网云平台，实现数据的实时上传。所有采集到的环境参数均会被传输至云端存储和显示。

（8）微信小程序远程监控：用户可通过定制的微信小程序实时查看烘干车间的各项环境指标，并能远程设置和调整湿度和温度的最低阀值，同时支持手动开启或关闭加热模块和通风风扇。

（9）运行模式切换：设备支持手动模式和自动模式。在自动模式下，设备根据预设的温湿度阀值，智能判断并自动开启或关闭加热和通风设备，实现车间环境的自动化控制。

（10）本地设备显示：本地采用1.44寸SPI接口的LCD显示屏，直观展示当前环境温度、湿度、空气质量等所有传感器的状态信息，方便现场人员即时了解车间环境状况。

【3】项目硬件模块组成

（1）主控模块：选用STM32F103RCT6微控制器作为核心处理单元，负责整个系统的数据采集、计算处理、逻辑控制以及无线通信任务。

（2）温湿度检测模块：采用DHT11温湿度一体化传感器，用于实时监测并精确测量烘干车间的环境温度和湿度。

（3）空气质量检测模块：搭载MQ135空气质量传感器，用于检测车间内的空气质量，尤其是针对有害气体浓度进行监测。

（4）继电器控制模块：

加热模块控制：通过一个继电器连接5V加热模块，由STM32发出指令，控制加热设备的启停，实现对车间温度的调控。
通风设备控制：同样采用继电器控制5V通风风扇，根据实际需要和设定的温湿度阈值，实现风扇的智能开关控制，调节车间湿度和空气流通。

（5）无线通信模块：使用ESP8266-WIFI模组，实现设备与腾讯云IOT物联网云平台之间的数据交互，通过MQTT协议将本地采集的数据实时上传至云端。

（6）报警模块：配置高电平触发的有源蜂鸣器，当检测到环境参数异常时，系统通过STM32发送信号驱动蜂鸣器发出警报声。

（7）显示模块：采用1.44寸SPI接口的LCD显示屏，实时显示温湿度、空气质量等各项环境参数以及设备的工作状态信息。

（8）电源模块：整个系统采用5V直流稳压电源模块供电，确保各硬件组件稳定可靠的工作。

1.2 设计思路

【1】整体设计思路

（1）需求分析阶段：
首先，明确烘干车间远程控制系统的具体需求，包括环境参数的实时监测、智能控制及远程操作等方面，制定出详尽的功能清单。

（2）硬件方案设计：
根据需求确定硬件选型，选择STM32F103RCT6作为主控芯片，因为它具有丰富的IO口资源、高性能的处理能力以及低功耗特性。选用DHT11进行温湿度检测，MQ135监测空气质量，5V加热模块和通风风扇配合继电器实现温湿度控制，ESP8266-WIFI模块实现物联网通信，有源蜂鸣器用作报警提示，1.44寸SPI接口LCD屏显示实时数据。此外，还需要考虑合适的电源模块以确保系统稳定运行。

（3）软件设计：
在软件层面，首先对STM32进行底层驱动开发，对接各个传感器和执行器（继电器、蜂鸣器等）。编写程序实现对温湿度、空气质量数据的采集、解析与处理，并依据预设阈值进行智能控制决策。同时，开发与腾讯云IOT物联网云平台的MQTT协议通信程序，实现实时数据上传与远程指令接收。

（4）远程监控与控制设计：
制定微信小程序设计方案，通过小程序读取云平台上的数据，实时展示车间环境信息，并允许用户远程设置温湿度阀值、控制加热模块和通风风扇的状态，实现人机交互界面的友好与便捷。

（5）系统运行模式设计：
设计两种运行模式——手动模式和自动模式。在自动模式下，系统根据预先设定的温湿度阈值，自主决定是否开启或关闭加热模块和通风设备，实现烘干车间环境的自动调控。而在手动模式下，则由用户通过小程序进行实时控制。

【2】ESP8266工作模式配置

在整个设计里，STM32端的ESP8266配置成STA模式+TCP客户端模式，上电时连接家里的路由器WIF热点，连接互联网，以TCP客户端模式（通过MQTT协议）去连接腾讯云联网服务器，实时上传当前的设备状态等各种参数信息。用户在Android手机APP可以远程查看设备的状态信息。

ESP8266模块具有两种常用的工作模式，分别是STA模式和AP模式：

（1）STA模式（Station Mode）：在STA模式下，ESP8266可以连接到已存在的Wi-Fi网络作为一个客户端设备。它可以扫描周围的Wi-Fi网络，并且根据提供的SSID和密码进行连接，获取IP地址后可以通过该网络与其他设备进行通信。在STA模式下，ESP8266可以实现与互联网的连接，执行各种网络相关的操作。

（2）AP模式（Access Point Mode）：在AP模式下，ESP8266可以作为一个独立的Wi-Fi接入点（热点）运行。它会创建一个自己的Wi-Fi网络，允许其他设备（如手机、电脑等）连接到这个热点上。在AP模式下，ESP8266可以充当局域网内部的服务器，通过建立TCP/IP连接与其他设备进行通信，提供Web页面访问、数据传输等服务。

通过STA模式，ESP8266可以连接到互联网上的其他设备或服务器，实现远程控制和数据交换；而通过AP模式，ESP8266可以作为一个独立的接入点，让其他设备通过它进行连接和通信。

1.3 项目开发背景

【1】选题的意义

本项目基于STM32设计的烘干车间远程控制系统，目的是解决传统烘干车间环境监控和控制手段落后、效率低下的问题，充分利用先进的嵌入式技术、物联网技术和移动互联技术，实现对车间环境温湿度、空气质量的实时精确监测以及通风、加热设备的智能化远程控制。通过集成DHT11温湿度传感器、MQ135空气质量传感器、继电器控制的加热模块与通风风扇，以及ESP8266-WIFI模块与腾讯云IOT物联网云平台，系统不仅能够实时收集并上传车间环境数据，还能够根据预设阈值自动调节温湿度，或者在检测到空气质量异常时触发蜂鸣器报警。此外，通过定制微信小程序，管理人员可随时随地远程监控车间状态，调整温湿度设定值，并能直接控制设备的开关状态，极大提高了车间管理的便利性和响应速度，同时也有效提升了生产效率和产品质量，降低了能源消耗，增强了车间环境安全与员工健康保障。此项目的设计与实施充分体现了现代工业制造领域对于绿色、智能、高效生产的追求，对推进我国乃至全球制造业向智能制造转型升级具有重要实践意义和应用价值。

【2】可行性分析

（1）技术可行性：

STM32F103RCT6作为主流的嵌入式微控制器，性能强大，资源丰富，完全能满足项目所需的复杂数据采集、处理和控制需求。
DHT11、MQ135等传感器在市场上成熟且广泛应用，精度较高，能准确测量并实时反馈车间环境的温湿度和空气质量。
继电器控制加热模块和通风风扇的技术成熟稳定，可以根据系统指令灵活控制设备启停。
ESP8266-WIFI模块支持MQTT协议，能够实现设备与云端的稳定通信，确保数据实时上传与远程控制命令的下发。
微信小程序开发框架完善，易于实现数据展示和远程控制功能，使得用户可以在移动端便捷操作。

（2）市场可行性：
随着物联网技术的发展和工业4.0的推进，对车间环境智能监控和远程控制的需求日益增长。该项目将有助于改善传统烘干车间的管理水平，提升生产效率，节约能源，符合当前制造业绿色化、智能化的趋势，市场前景广阔。

【3】参考文献

参考文献可以在知网、百度学术、或者在其他学术搜索引擎中搜索相关的关键词,可以获取最多的相关文献。

1. 基于STM32单片机的温湿度测量系统设计 [J] . 任静 . 智能物联技术 . 2021,第4期
2. 基于雾化器的室内温湿度控制系统设计方案研究 [J] . 李中望 . 河南科技 . 2014,第009期
3. 基于STM32单片机的室内空气质量监控系统设计 [J] . 王波 . 电子测试 . 2022,第17期
4. 一种室内智能温湿度控制系统设计 [J] . 史皓天 ,王哲 . 通讯世界 . 2018,第009期
5. 高端数控机床室内温湿度控制系统设计 [J] . 刘金南 . 农业技术与装备 . 2018,第002期
6. 基于变论域模糊控制的智能GIS汇控柜温湿度控制器系统设计 [C] . 陈富国 ,寇新民 ,张锦 . 2016输变电年会 . 2016
7. 基于雾化器的室内温湿度自动控制系统设计 [A] . 李中望 . 2013
8. 基于单片机与PLC的农业大棚温湿度控制系统设计 [J] . 庞党锋 ,王东涛 ,闫虎民 . 湖北农业科学 . 2013,第2期
9. 基于单片机的大棚温湿度控制系统设计 [J] . 冯箫 ,周娜 . 电脑知识与技术 . 2020,第23期
10. 基于AT89C51单片机的大棚温湿度控制系统设计 [J] . 胡超 ,魏仲辉 . 微计算机信息 . 2020,第13期
12. 基于单片机的大棚温湿度实时控制系统设计 [J] . 张玮玮 ,董昭 . 安阳工学院学报 . 2019,第6期
13. 智慧农业温室大棚数据采集与控制系统 [C] . 张晨 ,施俭 ,惠人杰 . 2016年上海市研究生学术论坛——电子科学与技术 . 2016
14. 基于单片机大棚温湿度远程监控的设计与实现 [A] . 万军 . 2012

【4】项目背景

随着工业化进程的加速发展和产业升级转型的需求，现代制造业对生产环境的精细化管理和智能化控制提出了更高的要求。尤其在烘干车间这类关键生产环节中，环境温湿度、空气质量等因素对产品质量、生产效率和能源消耗有着直接影响。传统的人工巡检和粗放式的环境控制方式已无法满足现代化生产的高标准和严要求，因此，引入先进的自动化控制技术和物联网技术对烘干车间进行智能化改造成为必然趋势。

在此背景下，本项目致力于设计一套基于STM32微控制器为核心的烘干车间远程控制系统。该系统能够实时、准确地监测车间内的温度、湿度、空气质量等关键参数，并通过物联网技术实现远程数据传输与设备控制，从而达到优化烘干工艺流程、节省能源、提高产品质量、保障安全生产的目标。同时，通过微信小程序这一便捷的交互平台，实现管理者对车间环境的远程实时监控和智能调控，极大地提升了生产管理的效率与灵活性。

本项目是在国家倡导智能制造、绿色制造的大环境下，积极响应行业需求，运用先进科技手段提升传统产业效能，助力企业实现高质量发展的有益探索与实践。

【5】摘要

本项目设计了一套基于STM32微控制器的烘干车间远程控制系统，实现了对车间环境温度、湿度以及空气质量的实时监测和智能控制。系统采用DHT11传感器监测温湿度，MQ135传感器监测空气质量，并通过继电器控制5V加热模块和通风风扇以调节车间环境。此外，系统利用ESP8266-WIFI模块接入腾讯云IOT物联网云平台，将实时数据上传至云端，并通过微信小程序实现远程监控与控制功能。系统具有异常报警机制，并配置了1.44寸SPI接口LCD显示屏进行本地数据显示。该系统既支持自动模式下按预设阈值自动调节环境，也支持手动模式进行人为干预，有效地提升了烘干车间的自动化程度和环境控制精度，适应了智能制造和节能减排的发展需求。

关键字：

烘干车间、STM32、远程控制、温湿度监测、空气质量监测、继电器控制、ESP8266-WIFI、腾讯云IOT、微信小程序、智能控制、物联网、自动化。

1.4 开发工具的选择

【1】设备端开发

STM32的编程语言选择C语言，C语言执行效率高，大学里主学的C语言，C语言编译出来的可执行文件最接近于机器码，汇编语言执行效率最高，但是汇编的移植性比较差，目前在一些操作系统内核里还有一些低配的单片机使用的较多，平常的单片机编程还是以C语言为主。C语言的执行效率仅次于汇编，语法理解简单、代码通用性强，也支持跨平台，在嵌入式底层、单片机编程里用的非常多，当前的设计就是采用C语言开发。

开发工具选择Keil，keil是一家世界领先的嵌入式微控制器软件开发商，在2015年，keil被ARM公司收购。因为当前芯片选择的是STM32F103系列，STMF103是属于ARM公司的芯片构架、Cortex-M3内核系列的芯片，所以使用Kile来开发STM32是有先天优势的，而keil在各大高校使用的也非常多，很多教科书里都是以keil来教学，开发51单片机、STM32单片机等等。目前作为MCU芯片开发的软件也不只是keil一家独大，IAR在MCU微处理器开发领域里也使用的非常多，IAR扩展性更强，也支持STM32开发，也支持其他芯片，比如：CC2530,51单片机的开发。从软件的使用上来讲，IAR比keil更加简洁，功能相对少一些。如果之前使用过keil，而且使用频率较多，已经习惯再使用IAR是有点不适应界面的。

【2】上位机开发

上位机远程控制的开发选择微信小程序，后台服务器采用腾讯云IOT物联网服务器。在文档下面第三章会详细讲解如何搭建腾讯云IOT服务器，设置微信小程序。

1.5 系统功能总结

功能模块	功能描述
环境监测	- 实时监测烘干车间温度，通过DHT11温度传感器 - 实时监测车间湿度，同样使用DHT11湿度传感器 - 监测车间空气质量，采用MQ135空气质量传感器
设备控制	- 控制通风风扇：通过继电器，根据湿度或空气质量自动开启/关闭5V通风风扇 - 控制加热设备：同样通过继电器，根据温度自动开启/关闭5V加热模块
异常报警	- 当空气质量超标时，系统自动触发高电平触发的有源蜂鸣器进行报警
数据上传	- 通过ESP8266-WIFI模块和MQTT协议，将采集的环境数据实时上传至腾讯云IOT物联网云平台
远程监控与控制	- 微信小程序支持远程查看车间温湿度、空气质量等实时数据 - 可远程设置温湿度最低阀值，并手动控制加热模块和通风风扇的开关 - 支持远程设定设备工作状态（开启/关闭）
运行模式	- 提供手动模式和自动模式：在自动模式下，设备按照预设温湿度阀值自动调节通风风扇和加热模块的工作状态
显示界面	- 本地设备采用1.44寸SPI接口LCD显示屏，实时显示各类传感器状态信息