廠房智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

河北理工大學(xué)信息學(xué)院 摘要 xi3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1STM32F103單片機(jī)STM32F103單片機(jī)是一款基于ARMCortex-M3內(nèi)核的微控制器，具有高性能、低功耗、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，STM32F103單片機(jī)被用作主控制器，通過(guò)與其他硬件設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。STM32F103單片機(jī)通過(guò)其內(nèi)置的GPIO口、ADC口、UART口等接口，可以實(shí)現(xiàn)多種通信方式，比如串口通信、CAN總線通信、以太網(wǎng)通信等。在廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，STM32F103單片機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊（如ESP8266模塊）連接到云端服務(wù)器，并向云端服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)，STM32F103的封裝引腳圖如圖3.1所示。圖3.1STM32F103的封裝引腳圖在溫度控制方面，STM32F103單片機(jī)可通過(guò)與溫度傳感器進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲取工廠內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度范圍，自動(dòng)控制排風(fēng)扇或加熱器的開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到目標(biāo)溫度的維持。此外，STM32F103單片機(jī)還可以通過(guò)與煙霧傳感器進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工廠內(nèi)的煙霧濃度變化，當(dāng)煙霧濃度超過(guò)預(yù)設(shè)范圍時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)裝置。同時(shí)，STM32F103單片機(jī)還可以與人機(jī)界面設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)廠房智能監(jiān)控系統(tǒng)的操作和監(jiān)控。通過(guò)LCD顯示器，用戶可以對(duì)各種硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)置和修改，并查看工廠內(nèi)部狀態(tài)信息，如溫度、濕度、煙霧濃度等數(shù)據(jù)。STM32F103單片機(jī)通過(guò)其強(qiáng)大的通信能力和高效的計(jì)算性能，在廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中扮演著重要角色，幫助工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了可靠、高效、自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。STM32F103單片機(jī)在本系統(tǒng)中的實(shí)際接線圖如圖3.2所示：圖3.2STM32F103單片機(jī)接線情況3.2GP2Y1014AU煙霧傳感器GP2Y1014AU是一種能夠測(cè)量空氣中粉塵濃度的傳感器，它通常用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。其工作原理基于散射光的物理原理。在GP2Y1014AU傳感器內(nèi)部，有一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器，它們之間通過(guò)一個(gè)狹窄的空間隙分開(kāi)。當(dāng)空氣中存在粉塵顆粒時(shí)，這些顆粒會(huì)散射發(fā)射器發(fā)出的激光束，導(dǎo)致部分激光被反射回到接收器中，從而形成一個(gè)散射模式。此時(shí)，傳感器會(huì)測(cè)量反射回來(lái)的激光信號(hào)的強(qiáng)度，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。電信號(hào)的強(qiáng)度與空氣中的粉塵濃度成正比關(guān)系，因此傳感器可以根據(jù)電信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算粉塵濃度。GP2Y1014AU傳感器還包含一個(gè)預(yù)處理電路板，該電路板可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理和放大，以提高傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性。最后，傳感器將測(cè)量結(jié)果輸出給智能監(jiān)控系統(tǒng)，GP2Y1014AU的外圍電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3GP2Y1014AU的外圍電路原理圖通過(guò)使用GP2Y1014AU傳感器在廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中的粉塵濃度，保證生產(chǎn)環(huán)境的安全和衛(wèi)生。同時(shí)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理，也可以幫助廠房管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，進(jìn)而采取合適的措施進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。它在本系統(tǒng)中的實(shí)際接線圖如圖3.4所示：圖3.4GP2Y1014AU實(shí)際接線圖3.3DHT11溫濕度傳感器DHT11是一款數(shù)字溫濕度傳感器，廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境監(jiān)測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)中。在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，DHT11被用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的溫度和濕度，然后將這些數(shù)據(jù)傳輸回監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析和響應(yīng)。DHT11的工作原理基于熱電式傳感技術(shù)，即利用熱敏電阻和熱電偶的組合來(lái)測(cè)量溫度和濕度。傳感器內(nèi)部有一對(duì)金屬電極，其中一個(gè)電極上覆蓋了一個(gè)聚合物薄膜，該薄膜含有高分子材料和一種特殊的涂層。當(dāng)水蒸氣與聚合物薄膜接觸時(shí)，其會(huì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致電極之間的電阻發(fā)生變化，這個(gè)變化就可以被測(cè)量出來(lái)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的濕度值。而溫度的測(cè)量則是利用熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的特性，結(jié)合已知的電路參數(shù)計(jì)算出來(lái)的。圖3.5DHT11的典型應(yīng)用電路在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，DHT11通常與微控制器或單片機(jī)等設(shè)備配合使用，通過(guò)串口或其他通信接口將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)。然后監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化控制，例如開(kāi)啟或關(guān)閉加熱器、排風(fēng)扇等設(shè)備來(lái)達(dá)到預(yù)設(shè)的溫濕度條件。DHT11在本系統(tǒng)中的實(shí)際接線情況如下圖3.6所示：圖3.6DHT11溫濕度傳感器實(shí)際接線圖3.4OLED顯示模塊OLED是一種新型的發(fā)光材料，與傳統(tǒng)的液晶顯示屏相比，OLED具有更高的對(duì)比度、更廣的視角和更低的功耗，因此越來(lái)越多的工業(yè)應(yīng)用開(kāi)始采用OLED技術(shù)。圖3.7OLED并口寫(xiě)程序圖3.8OLED并口讀程序在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，OLED被用作顯示裝置，用于顯示各種傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和警報(bào)信息等。其工作原理是由可見(jiàn)光激發(fā)有機(jī)材料的發(fā)光，這些材料可以被制作成一系列的薄膜，形成一個(gè)非常薄的光源。OLED顯示器由許多微小的像素組成，每個(gè)像素都包含紅、綠、藍(lán)三種基本顏色的有機(jī)發(fā)光材料。當(dāng)電流通過(guò)像素時(shí)，有機(jī)材料會(huì)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，發(fā)射出光子并發(fā)光。通過(guò)控制電流的強(qiáng)度和時(shí)間，可以控制像素的亮度和顏色。在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，OLED的實(shí)際接線圖如圖3.9所示：圖3.9OLED實(shí)際接線圖3.5ECB02藍(lán)牙模塊在本系統(tǒng)中，首先，在廠房?jī)?nèi)安裝多個(gè)傳感器來(lái)收集各種數(shù)據(jù)，例如溫度、濕度、氣體濃度等等。這些傳感器通過(guò)有線連接到一個(gè)數(shù)據(jù)采集器，該數(shù)據(jù)采集器會(huì)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并將結(jié)果發(fā)送至ECB02藍(lán)牙模塊。接著，ECB02藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制端。遠(yuǎn)程控制端可以是一臺(tái)電腦、手機(jī)或其他智能設(shè)備，用戶通過(guò)遠(yuǎn)程控制端可以監(jiān)控廠房?jī)?nèi)各種數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。在整個(gè)過(guò)程中，ECB02藍(lán)牙模塊充當(dāng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕巧?。由于藍(lán)牙協(xié)議在工業(yè)環(huán)境中具有廣泛的應(yīng)用，ECB02藍(lán)牙模塊能夠與多種設(shè)備進(jìn)行配對(duì)和通信，從而實(shí)現(xiàn)更好的互操作性和擴(kuò)展性。表3-1引腳介紹名稱注釋STA藍(lán)牙已連接，輸出高電平(3.3V)藍(lán)牙未連接，輸出低電平RXD串口接收，連單片機(jī)的發(fā)送引腳TXD串口發(fā)送，連單片機(jī)的接收引腳GND地VCC3.6V-6VEN睡眠引腳，3.3V電平高電平或懸空：模塊進(jìn)入睡眠模式低電平：模塊退出睡眠模式如果不需要低功耗，可以直接接地在睡眠模式下，模塊串口只能發(fā)數(shù)據(jù)，不能收數(shù)據(jù)MCU可以通過(guò)GPIO控制模塊進(jìn)入或退出睡眠模式總的來(lái)說(shuō)，ECB02藍(lán)牙模塊在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的工作原理為：將傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線連接到數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行處理和分析，再將結(jié)果通過(guò)ECB02藍(lán)牙模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制端進(jìn)行監(jiān)控和控制。該工作原理既實(shí)現(xiàn)了無(wú)線通信，又提高了數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性，有助于提高生產(chǎn)效率和降低成本。ECB02在本系統(tǒng)中的實(shí)際接線方式如圖3.10所示：圖3.10ECB02藍(lán)牙模塊實(shí)際接線圖3.6ESP8266無(wú)線模塊ESP8266是一款基于WiFi技術(shù)的芯片，可用于實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，ESP8266可以作為設(shè)備節(jié)點(diǎn)，通過(guò)與其他設(shè)備及云平臺(tái)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房?jī)?nèi)各種設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制、調(diào)度及數(shù)據(jù)采集等功能。首先，ESP8266通過(guò)連接WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)的通信。其次，ESP8266內(nèi)置有處理器和存儲(chǔ)器，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各種傳感器或執(zhí)行器的控制。再次，通過(guò)配置不同的傳感器及執(zhí)行器，ESP8266可以實(shí)現(xiàn)不同的控制方式和功能，在收到來(lái)自云平臺(tái)的指令后，ESP8266可以根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，并將操作結(jié)果通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò)發(fā)送回云平臺(tái)。表3-2ESP8266引腳功能引腳編號(hào)引腳名稱引腳功能描述1VCC電源(3.3V-5V）2GND地3TXD串口發(fā)送腳，可接單片機(jī)的RXD4RXD串口接收腳，可接單片機(jī)的TXD5RET復(fù)位端(低電平有效)6IO-0用于進(jìn)入固件燒寫(xiě)模式，低電平有效，高電平為常規(guī)ESP8266在廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中可通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房各種設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和調(diào)度，提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量，同時(shí)也減少了能源浪費(fèi)和人力成本。ESP8266在本系統(tǒng)中的實(shí)際接線如圖3.6所示：圖3.11ESP8266模塊實(shí)際接線3.7按鍵模塊按鍵模塊是廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的輸入裝置，他可以將用戶在按下按鍵時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的控制。按鍵模塊通常包括按鍵、防抖電路和接口電路三部分。按鍵模塊中的防抖電路主要是為了解決機(jī)械按鍵的接觸不穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)的。當(dāng)用戶按下按鍵時(shí)，由于機(jī)械元件的特性，可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)短暫的反彈現(xiàn)象，導(dǎo)致接觸不良或者產(chǎn)生多次觸發(fā)信號(hào)。為了避免這種情況，通常在按鍵輸入信號(hào)的前端加上一個(gè)RC低通濾波器來(lái)消除反彈噪聲，同時(shí)也可以通過(guò)軟件去抖動(dòng)來(lái)增強(qiáng)可靠性。按鍵防抖電路通常由一個(gè)電容和一個(gè)電阻組成，即RC濾波器。當(dāng)按鍵按下時(shí)，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的彈性變形，會(huì)導(dǎo)致按鍵在兩個(gè)接觸點(diǎn)之間來(lái)回彈跳幾次，造成傳感器產(chǎn)生多個(gè)脈沖信號(hào)。這些脈沖信號(hào)會(huì)被RC低通濾波器削弱，只保留一個(gè)有效的信號(hào)。同時(shí)，在數(shù)字處理單元中還可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行軟件去抖動(dòng)，即通過(guò)軟件延時(shí)來(lái)避免反彈現(xiàn)象造成的誤觸發(fā)。圖3.11按鍵模塊消抖原理在實(shí)際應(yīng)用中，按鍵模塊與其他傳感器模塊、執(zhí)行器模塊等組合使用，以完成對(duì)廠房智能設(shè)備的控制。例如，當(dāng)用戶按下某個(gè)按鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)將被發(fā)送到系統(tǒng)控制中心，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆O(shè)備端執(zhí)行相應(yīng)的操作。這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于廠房生產(chǎn)過(guò)程的智能監(jiān)控和調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。按鍵模塊在本系統(tǒng)中的實(shí)際接線情況如圖3.12所示：圖3.12按鍵模塊實(shí)際接線3.8STM32F103的復(fù)位電路STM32F103單片機(jī)的復(fù)位方式有硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種。（1）硬件復(fù)位：硬件復(fù)位是通過(guò)復(fù)位引腳（NRST）實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)NRST引腳被拉低時(shí)，微控制器會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。這種復(fù)位方式可以通過(guò)外部電路或按鍵實(shí)現(xiàn)。在復(fù)位過(guò)程中，微控制器會(huì)將所有寄存器和外設(shè)復(fù)位到默認(rèn)狀態(tài)，并重新啟動(dòng)程序。需要注意的是，硬件復(fù)位并不會(huì)清除Flash中的程序代碼，因此程序會(huì)在復(fù)位后繼續(xù)執(zhí)行。硬件復(fù)位的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，不需要軟件支持即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。但是，硬件復(fù)位無(wú)法針對(duì)特定的外設(shè)進(jìn)行復(fù)位，而是將所有外設(shè)都復(fù)位到默認(rèn)狀態(tài)，可能會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（2）軟件復(fù)位：軟件復(fù)位是通過(guò)執(zhí)行復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)的。在STM32F103中，可以通過(guò)RCC_APB1PeriphResetCmd函數(shù)執(zhí)行軟件復(fù)位。在復(fù)位過(guò)程中，微控制器會(huì)將所有寄存器和外設(shè)復(fù)位到默認(rèn)狀態(tài)，并重新啟動(dòng)程序。需要注意的是，軟件復(fù)位并不會(huì)清除Flash中的程序代碼，因此程序會(huì)在復(fù)位后繼續(xù)執(zhí)行。軟件復(fù)位的優(yōu)點(diǎn)是可以針對(duì)特定的外設(shè)進(jìn)行復(fù)位，避免了硬件復(fù)位可能帶來(lái)的影響。此外，軟件復(fù)位還可以在程序運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行，方便調(diào)試和測(cè)試。但是，軟件復(fù)位需要在程序中添加相應(yīng)的代碼支持，增加了程序的復(fù)雜度?？偟膩?lái)說(shuō)，硬件復(fù)位和軟件復(fù)位各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的復(fù)位方式。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)同時(shí)使用硬件復(fù)位和軟件復(fù)位，以保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。圖3.13內(nèi)部復(fù)位電路3.9STM32F103的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，STM32F103的時(shí)鐘電路包括內(nèi)部時(shí)鐘源、外部時(shí)鐘源、時(shí)鐘分頻器和時(shí)鐘樹(shù)等組成部分。內(nèi)部時(shí)鐘源：STM32F103內(nèi)部集成了多個(gè)時(shí)鐘源，包括HSI（高速內(nèi)部時(shí)鐘）、LSI（低速內(nèi)部時(shí)鐘）和PLL（鎖相環(huán)）等。其中，HSI時(shí)鐘源的頻率為8MHz，LSI時(shí)鐘源的頻率為40kHz，PLL時(shí)鐘源的頻率可以通過(guò)設(shè)置分頻器和倍頻器來(lái)調(diào)節(jié)。外部時(shí)鐘源：STM32F103還支持外部時(shí)鐘源，包括晶體振蕩器和外部時(shí)鐘輸入等。晶體振蕩器可以提供高精度的時(shí)鐘信號(hào)，外部時(shí)鐘輸入可以接收外部時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘分頻器：時(shí)鐘分頻器可以將時(shí)鐘源的頻率分頻為系統(tǒng)所需的頻率。STM32F103的時(shí)鐘分頻器包括AHB分頻器、APB1分頻器和APB2分頻器等。時(shí)鐘樹(shù)：時(shí)鐘樹(shù)是將各個(gè)時(shí)鐘源和分頻器連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，用于控制時(shí)鐘信號(hào)的傳輸和分配。STM32F103的時(shí)鐘樹(shù)包括PLL、系統(tǒng)時(shí)鐘、AHB時(shí)鐘、APB1時(shí)鐘和APB2時(shí)鐘等。STM32F103的時(shí)鐘電路工作原理如下：（1）初始化：在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，STM32F103會(huì)使用HSI時(shí)鐘源作為默認(rèn)時(shí)鐘源，同時(shí)關(guān)閉PLL時(shí)鐘源和外部時(shí)鐘源。（2）配置時(shí)鐘源：根據(jù)實(shí)際需求，可以選擇使用HSI時(shí)鐘源、LSI時(shí)鐘源、PLL時(shí)鐘源或外部時(shí)鐘源作為系統(tǒng)時(shí)鐘源。（3）配置PLL：如果選擇使用PLL時(shí)鐘源，需要設(shè)置PLL分頻器和倍頻器，以調(diào)節(jié)PLL時(shí)鐘源的頻率。（4）配置分頻器：根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和外設(shè)的時(shí)鐘要求，需要配置AHB分頻器、APB1分頻器和APB2分頻器等，以將時(shí)鐘源的頻率分頻為所需的頻率。（5）分配時(shí)鐘信號(hào)：時(shí)鐘樹(shù)將各個(gè)時(shí)鐘源和分頻器連接起來(lái)，用于控制時(shí)鐘信號(hào)的傳輸和分配。根據(jù)時(shí)鐘樹(shù)的連接關(guān)系，可以將時(shí)鐘信號(hào)分配給系統(tǒng)時(shí)鐘、AHB時(shí)鐘、APB1時(shí)鐘和APB2時(shí)鐘等?？偟膩?lái)說(shuō)，STM32F103的時(shí)鐘電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，可以通過(guò)選擇不同的時(shí)鐘源和配置不同的分頻器，來(lái)滿足不同的應(yīng)用需求。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和外設(shè)要求，選擇合適的時(shí)鐘源和分頻器，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。圖3.13內(nèi)部晶振電路4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件介紹Keil4是一款適用于ARM微處理器和嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。它提供了代碼編輯、調(diào)試和編譯等功能，支持多種程序語(yǔ)言和處理器型號(hào)，并且能夠在不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行。Keil4具有直觀友好的用戶界面，可以幫助開(kāi)發(fā)者快速創(chuàng)建、測(cè)試和部署嵌入式應(yīng)用程序。此外，Keil4還提供了強(qiáng)大的仿真和調(diào)試工具，包括單步調(diào)試、斷點(diǎn)調(diào)試和跟蹤指令執(zhí)行等功能，可有效提高開(kāi)發(fā)效率和程序質(zhì)量。由于Keil4廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，因此它已經(jīng)成為了眾多開(kāi)發(fā)者的首選工具之一。在數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，Keil4軟件可以應(yīng)用于以下方面：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：Keil4軟件支持多種嵌入式處理器，包括ARM、8051、C166等，可以用于嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。Keil4提供了完整的開(kāi)發(fā)工具鏈，包括編譯器、調(diào)試器、仿真器等，可以方便地進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試。程序編寫(xiě)：Keil4提供了集成的代碼編輯器，可以方便地編寫(xiě)程序代碼。Keil4支持多種編程語(yǔ)言，包括C、C++、匯編語(yǔ)言等，可以滿足不同的編程需求。同時(shí)，Keil4還提供了代碼自動(dòng)補(bǔ)全、語(yǔ)法高亮等功能，可以提高編程效率。調(diào)試和仿真：Keil4提供了強(qiáng)大的調(diào)試和仿真功能，可以方便地進(jìn)行程序調(diào)試和仿真。Keil4支持多種調(diào)試器和仿真器，包括J-Link、ULINK等，可以滿足不同的調(diào)試需求。同時(shí)，Keil4還提供了調(diào)試器窗口、變量監(jiān)視器等功能，可以方便地進(jìn)行程序調(diào)試和監(jiān)控。代碼優(yōu)化：Keil4提供了多種代碼優(yōu)化選項(xiàng)，可以提高程序的執(zhí)行效率和速度。Keil4支持多種優(yōu)化選項(xiàng)，包括代碼大小優(yōu)化、速度優(yōu)化等，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。Keil4軟件在數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)Keil4軟件，可以方便地進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試，提高程序的執(zhí)行效率和速度，從而提高數(shù)字電子系統(tǒng)的性能和可靠性。Keil4的軟件界面如4.1圖所示：圖4.1Keil_4軟件界面4.2軟件程序的設(shè)計(jì)4.2.1主程序流程如圖4.2所示，在主函數(shù)中，本系統(tǒng)將先進(jìn)行初始化，然后按順序循環(huán)while中的四個(gè)函數(shù)：按鍵函數(shù)、監(jiān)測(cè)函數(shù)、顯示函數(shù)、處理函數(shù)。按鍵函數(shù)根據(jù)獲取的鍵值，判斷是那個(gè)按鍵按下，然后進(jìn)行相應(yīng)的操作，例如切換界面，設(shè)置溫濕度、PM2.5閾值；監(jiān)測(cè)函數(shù)先給從機(jī)發(fā)送各項(xiàng)閾值，然后主機(jī)通過(guò)藍(lán)牙模塊接收從機(jī)發(fā)送的獲取的溫濕度、PM2.5數(shù)值，且每5秒上傳一次數(shù)據(jù)到云平臺(tái)；在顯示函數(shù)中，顯示溫濕度、PM2.5值及其閾值；處理函數(shù)中，如果PM2.5、濕度超過(guò)上限，進(jìn)行通風(fēng)，蜂鳴器報(bào)警；如果溫度超過(guò)上限，進(jìn)行降溫其部分主程序源碼如下所示：intmain(void)HAL_Init();SystemClock_Config();u2_printf("AT+ROLE=1\r\n");//設(shè)置主機(jī)模式HAL_Delay(500);u2_printf("AT+BONDNAME=slave_1\r\n");//主機(jī)綁定從機(jī)藍(lán)牙名字HAL_Delay(500);while(1){（部分代碼省略）……圖4.2廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)邏輯流程圖4.2.2顯示程序流程程序流程圖如圖4.3所示，顯示模塊可以根據(jù)不同的界面標(biāo)志位顯示不同的內(nèi)容，界面為0時(shí)，顯示溫度、濕度、PM2.5值。界面為1時(shí)，顯示設(shè)置的溫度閾值。界面為2時(shí)，顯示設(shè)置的濕度閾值。界面為3時(shí)，顯示設(shè)置的PM2.5閾值。軟件部分程序源碼如下所示：voidDisplay_function(void){ switch(flag_display) //根據(jù)不同的顯示模式標(biāo)志位，顯示不同 { case0: //界面0，顯示溫濕度、PM2.5值Oled_ShowCHinese(0,0,(uint8_t*)"溫度");Oled_ShowString(40,0,(uint8_t*)":");OLED_Show_Temp(48,0,temp);Oled_ShowCHinese(0,3,(uint8_t*)"濕度");Oled_ShowString(40,3,(uint8_t*)":");OLED_Show_Humi(48,3,humi);Oled_ShowString(0,6,(uint8_t*)"PM2.5:");OLED_ShowNum(48,6,PM2_5,3); break;（部分代碼省略）……圖4.3顯示模塊邏輯流程圖4.2.3按鍵程序流程按鍵程序流程如圖4.4所示；按鍵模塊可以根據(jù)獲取的鍵值判斷按下按鍵的功能。如果按鍵1被按下，則切換界面。如果按鍵2被按下，界面1，設(shè)置溫度閾值+1；界面2，設(shè)置濕度閾值+1；界面3，設(shè)置PM2.5閾值+1。如果按鍵3被按下，界面為0時(shí)，配網(wǎng)；界面為1時(shí)，設(shè)置溫度閾值-1；界面2，設(shè)置濕度閾值-1；界面3，設(shè)置PM2.5閾值-1，其部分程序源碼如下所示：voidKey_function(void){ key_num=Chiclet_Keyboard_Scan(); //按鍵掃描 if(key_num!=0) //有按鍵按下 { switch(key_num) { case1: //按鍵1，切換模式 flag_display++; if(flag_display>=5) //一共3個(gè)界面 flag_display=0; OLED_Clear(); //按一下，清屏一次 break;（部分代碼省略）……圖4.4按鍵模塊邏輯流程圖4.2.4處理程序流程處理程序流程如圖4.5所示；主機(jī)處理函數(shù)流程圖4-7所示，如果PM2.5、濕度超過(guò)上限，進(jìn)行通風(fēng)，蜂鳴器報(bào)警；如果溫度超過(guò)上限，進(jìn)行降溫；軟件部分程序源碼如下所示：voidManage_function(void){ if(temp>temp_yu)flag_temp=1;elseflag_temp=0;if(humi>humi_yu)flag_humi=1;（部分代碼省略）……}圖4.5處理模塊邏輯流程圖4.2.5藍(lán)牙程序流程藍(lán)牙程序流程如圖4.6所示，首先配置定時(shí)器1，先清除定時(shí)器1的控制位，設(shè)置定時(shí)器1為模式2，即8位自動(dòng)重裝載定時(shí)器，當(dāng)溢出時(shí)將TH1存放的值自動(dòng)重裝入TL1。然后配置串口為模式1，即8位UART，波特率可變。接下來(lái)配置定時(shí)器1的重裝載值，使得最終的波特率為9600。最后啟動(dòng)定時(shí)器1，打開(kāi)串口中斷以及打開(kāi)總中斷。串口初始化完成后，如果接收到數(shù)據(jù)，則觸發(fā)串口中斷，從SBUF寄存器中獲取接收值，清除接收中斷標(biāo)志位，等待下次接收。如果需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)，只需將數(shù)據(jù)賦值到SBUF中即可，然后清除發(fā)送中斷標(biāo)志位。圖4.6藍(lán)牙模塊邏輯流程圖5系統(tǒng)的測(cè)試5系統(tǒng)的測(cè)試5.1軟件硬件調(diào)試5.1.1軟件調(diào)試軟件調(diào)試就是找出軟件中的錯(cuò)誤和問(wèn)題，以便修復(fù)它們。通常，它涉及一個(gè)迭代過(guò)程，包括以下步驟：確認(rèn)問(wèn)題：確定問(wèn)題的確切位置和原因。分析問(wèn)題：分析問(wèn)題并識(shí)別可能的解決方案。實(shí)施解決方案：實(shí)施解決方案并進(jìn)行測(cè)試以驗(yàn)證其有效性。下面以ESP8266的調(diào)試過(guò)程為例，具體如下列圖集所示：第一步：打開(kāi)串口調(diào)試軟件第二步：測(cè)試線路連接圖5.1線路鏈接第三步：插入工具到計(jì)算機(jī)的USB口圖5.2計(jì)算機(jī)USB口鏈接第四步：設(shè)備管理器配置串口圖5.3配置串口第五步：打開(kāi)串口調(diào)試軟件開(kāi)始測(cè)試，發(fā)送指令：AT，出現(xiàn)下圖的狀態(tài)為測(cè)試成功。圖5.4測(cè)試成功5.1.2硬件調(diào)試硬件調(diào)試是指在電子設(shè)備或計(jì)算機(jī)上檢測(cè)和修復(fù)硬件故障。通俗地說(shuō)，硬件調(diào)試的步驟可以概括為以下幾點(diǎn)：確定問(wèn)題：首先要確定出現(xiàn)了什么問(wèn)題，比如電腦無(wú)法啟動(dòng)或者顯示器沒(méi)有信號(hào)等。檢查連接：檢查所有的連接線是否插好，如電源線、數(shù)據(jù)線、網(wǎng)線等，確保它們都牢固地連接著。使用測(cè)試工具：使用測(cè)試工具，例如萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器等，來(lái)檢測(cè)各個(gè)硬件部件是否正常。更換元件：如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)硬件部件損壞，就需要將其更換掉。重新組裝：在更換完畢之后，將所有部件重新組裝起來(lái)，并重新開(kāi)機(jī)測(cè)試。5.2實(shí)物展示經(jīng)過(guò)了仔細(xì)的軟件和硬件的調(diào)試，下面本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將進(jìn)行上電測(cè)試，實(shí)物如圖5.1所示：圖5.1廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.1所示，本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試完畢，上圖可以清晰的看到本系統(tǒng)的硬件模塊的組成以及終端設(shè)備的控制界面。5.2.1常規(guī)工作模式圖5.2工作界面如圖5.2所示，現(xiàn)在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)正在進(jìn)行常規(guī)的環(huán)境監(jiān)測(cè)，在OLED屏幕和終端設(shè)備顯示屏上都可以清晰的觀測(cè)到廠房?jī)?nèi)的實(shí)時(shí)溫濕度信息以及PM2.5信息。5.2.2設(shè)置界面圖5.3設(shè)置界面如圖5.3所示，現(xiàn)在本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)正處于設(shè)置界面，在此界面下使用者可以根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要，對(duì)廠房?jī)?nèi)的溫濕度、煙霧濃度閾值進(jìn)行設(shè)置。結(jié)論結(jié)論結(jié)論本系統(tǒng)是一個(gè)廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以通過(guò)終端設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制廠房?jī)?nèi)的設(shè)備。本系統(tǒng)的核心部件是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的STM32F103單片機(jī)微控制器，以及多種環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器和執(zhí)行設(shè)備。通過(guò)安裝在各個(gè)設(shè)備上的傳感器模塊，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的溫度、濕度、PM2.5濃度等狀態(tài)信息，并將其發(fā)送到智能控制器上。智能控制器將傳感器模塊收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，同時(shí)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯和算法，對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能控制和調(diào)節(jié)。智能控制器發(fā)出指令后，通過(guò)執(zhí)行器模塊控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。比如控制排風(fēng)扇開(kāi)關(guān)，控制加熱器等。用戶還可以通過(guò)ESP8266的無(wú)線通信功能，在PC或移動(dòng)終端上訪問(wèn)遠(yuǎn)程控制端界面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。用戶可以實(shí)時(shí)查看廠房?jī)?nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)，并且可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)。本廠房智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能控制方案，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、易于使用和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)多個(gè)硬件模塊的協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房?jī)?nèi)設(shè)備的智能監(jiān)控和控制。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]陸茂鑫,蔣申晨,王昭夏.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能絕緣涂覆機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2023,42(1):5.[2]鐘小敏,黃秋光,蘇國(guó)傳,等.基于汽車(chē)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].汽車(chē)知識(shí),2023,23(1):3.[3]米勇,曾祥進(jìn),宋彭彭,等.智能家電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng):,CN216052636U[P].2022.[4]王妍彥.LED節(jié)能燈智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng):,CN215581787U[P].2022.[5]徐功平,王志鵬,劉宇.基于LoRa與GSM的工業(yè)生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2020,28(6):5.[6]朱君華.閘門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在白沙驛水電站中的應(yīng)用[J].小水電,2017(5):2.[7]謝永進(jìn),韓金坤,孔維超,等.一種遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)的安全控制方法:,CN115694823A[P].2023.[8]劉影.選礦廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].江蘇科技大學(xué),2016.[9]朱超.一種可遠(yuǎn)程控制的智能節(jié)能廠房換風(fēng)裝置:,CN206257774U[P].[10]李晉強(qiáng).智能照明系統(tǒng)在倉(cāng)庫(kù)廠房的應(yīng)用[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)(文摘版)工程技術(shù),2023(1):3.[11]李繼紅.一種基于智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器:,CN114294841A[P].2022.[12]盧娜.基于PLC與GSM的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2022,22(5):107-110.[13]牛偉明,許鵬飛.試論基于單片機(jī)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路徑[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2022,44(1):36-39.[14]于海忠,張昭輝,牟春曉,等.一種智能化展廳系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制裝置:,CN216057699U[P].2022.[15]王正建朱海軍劉輝.智能化庫(kù)區(qū)遠(yuǎn)程控制照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用研究[J].糧油倉(cāng)儲(chǔ)科技通訊,2022,38(3):67-68.[16]王升升.基于實(shí)踐能力提升的溫濕度傳感器設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī),2022,53(5):4.[17]吳瑞.一種藍(lán)牙通信方法及系統(tǒng):,CN114520958A[P].2022.[18]佚名.基于藍(lán)牙的智能家居控制器設(shè)計(jì)[J].世界電子元器件,2022(4):4.[19]董海濤,陳光勝,王曉輝,等.低功耗和高可靠藍(lán)牙5.0SoC芯片設(shè)計(jì)[J].電力信息化,2021,019(001):98-104.[20]陶發(fā)展李治恒葛澤坤司鵬舉.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究[J].進(jìn)展:科學(xué)視界,2021,000(005):P.135-137.附錄A謝辭附錄B附錄A原理圖：附錄B部分源程序：intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_TIM1_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_USART2_UART_Init();HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);HAL_UART_Receive_IT(&huart1