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基于STM32的仓库环境检测预警系统

news 2025/9/5 14:43:55

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一. 项目背景与概述

项目背景：
现代仓储是物流与供应链的核心环节，其内部环境直接关系到存储物品的质量、安全以及工作人员的健康。传统的仓库管理依赖于人工定期巡检，存在效率低下、实时性差、无法预警等问题。特别是对于存放食品、药品、精密仪器或易燃易爆物品的仓库，温度、湿度的超标，以及由火灾、不完全燃烧产生的CO、CH₄(甲烷)等有害气体的泄漏，都可能造成巨大的经济损失和安全事故。

项目概述：
本项目旨在开发一套实时、自动、远程的仓库环境检测预警系统。系统以高性能的STM32单片机为核心，集成多类环境传感器，实时监测仓库内的温度、湿度、CO2浓度、CO浓度、甲烷浓度。系统支持自动和手动两种工作模式，可通过本地按键或手机APP设置报警阈值，并在环境参数异常时启动蜂鸣器报警和继电器（控制风扇/排风系统）。所有数据通过ESP8266 Wi-Fi模块上传至云平台，实现远程监控与管理，有效提升仓库管理的智能化水平和安全性。

二. 系统硬件组成与功能

模块类别	具体器件	功能描述
主控芯片	STM32F103C8T6 (核心板)	系统的“大脑”，负责数据采集、逻辑判断、控制外设及通信协调。
传感器模块	DHT11 / AM2301	数字温湿度传感器，测量环境温度和湿度。
	MG-811 / MH-Z19B	CO2气体传感器，测量二氧化碳浓度。
	MQ-7	电化学CO传感器，测量一氧化碳浓度。
	MQ-4	半导体甲烷传感器，测量甲烷浓度。
通信模块	ESP-01S (ESP8266)	Wi-Fi模块，通过AT指令与STM32通信，负责将数据上传至云平台。
执行模块	有源蜂鸣器	在参数超标时发出警报声。
	5V继电器模块	驱动大功率风扇/排风装置，用于改善环境。
交互模块	按键 x 3	用于切换模式、设置阈值、确认选择等。
电源模块	LM2596 / AMS1117	12V/5V/3.3V电源转换，为整个系统提供稳定供电。

三. 系统框架图

四. 软件设计

4.1 开发环境

IDE: Keil uVision 5 或 STM32CubeIDE
编程语言: C语言 (嵌入式)
关键库: HAL库/标准库、ESP8266 AT指令库、传感器驱动库
云平台: 可选阿里云物联网平台、腾讯云IoT、OneNET等（本设计以通用MQTT为例）
APP: 使用平台配套的APP或自行使用App Inventor/Android Studio开发

4.2 主程序流程图

五. 关键代码片段

5.1 主循环逻辑

int main(void) {// 硬件初始化System_Init(); // 时钟、GPIO、UART、I2C、ADC...ESP8266_Init(); // 连接Wi-Fi和云平台while(1) {if (sys_mode == AUTO_MODE) { // 自动模式read_sensors(&temp, &humi, &co2, &co, &ch4); // 读取传感器upload_to_cloud(temp, humi, co2, co, ch4);   // 上传数据// 判断是否超阈值并控制执行器if (temp > temp_threshold || humi > humi_threshold || ... ) {Buzzer_On();Fan_On();} else {Buzzer_Off();Fan_Off();}} else { // 手动模式// 执行从APP或按键接收到的指令execute_manual_commands();}handle_key_events(); // 处理按键事件（模式切换、阈值设置等）receive_cloud_data(); // 接收并解析云平台下发的指令HAL_Delay(2000); // 每2秒循环一次}
}

5.2 ESP8266 MQTT连接与发布代码

// 初始化并连接MQTT服务器
void ESP8266_MQTT_Init(void) {ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"your_mqtt_broker.com\",1883", "OK", 2000); // 连接服务器端口// ... 其他配置ESP8266_SendCmd("AT+MQTTUSERCFG=0,1,\"clientID\",\"username\",\"password\",0,0,\"\"", "OK", 1000); // 配置MQTT参数ESP8266_SendCmd("AT+MQTTCONN=0,\"your_mqtt_broker.com\",1883,1", "OK", 2000); // 发起连接
}// 发布传感器数据到主题 (Topic)
void MQTT_Publish_SensorData(float temp, float humi) {char mqtt_msg[100];sprintf(mqtt_msg, "{\"temp\":%.1f,\"humi\":%.1f}", temp, humi); // 组装JSON数据char publish_cmd[150];sprintf(publish_cmd, "AT+MQTTPUB=0,\"devices/123/sensors\",\"%s\",0,0", mqtt_msg); // 发布到指定TopicESP8266_SendCmd(publish_cmd, "OK", 1000);
}

5.3 阈值判断与执行器控制

void check_thresholds(void) {uint8_t alert_flag = 0;if (sensor_data.temperature > thresholds.temp_high) alert_flag = 1;if (sensor_data.co > thresholds.co_high) alert_flag = 1;// ... 检查其他传感器if (alert_flag) {HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET); // 蜂鸣器响HAL_GPIO_WritePin(RELAY_GPIO_Port, RELAY_Pin, GPIO_PIN_SET);   // 继电器吸合，风扇转} else {HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(RELAY_GPIO_Port, RELAY_Pin, GPIO_PIN_RESET);}
}