基於物聯網的空氣淨化系統的軟體設計研究論文

　　0 概述

　　本軟體系統的核心是微控制器（STM32F103R—ARM-based 32-bit MCU），本論文以該微控制器為中心單元，而電源控制模組、電機控制模組、紫外燈控制模組、LED顯示模組、負離子控制模組、觸控按鍵模組以及空氣質量檢測感測器模組和WIFI模組組成的空氣淨化系統的執行將全部以該微控制器為核心，因此構成了智慧可遠端控制的空氣淨化系統。本論文針對空氣清淨機控制系統的研究採用了多感測器資料採集模組的整合，實現了空氣清淨機的資料採集和工作狀態的自動調整等功能；同時，研究集成了將無線通訊模組WIFI模組與空氣清淨機結合，實現了空氣清淨機的遠端控制和物聯網化，實現了真正的無線互聯。

　　1 總體設計

　　1）本論文所研究的空氣清淨機控制系統的軟體程式主要包括了系統初始化程式、電機控制程式、紫外燈和負離子控制程式、LED顯示和觸控按鍵控制程式、感測器資料採集程式和無線WIFI通訊程式等各功能模組的程式設計。針對本設計採用的STM32F103R微控制器的實現包括了中斷、查詢、A/D轉換、GPIO、SDIO、UART等功能。

　　2）根據控制系統的功能需求分析，本文描述的空氣清淨機對於軟體程式的需求可分為以下幾個部分：系統初始化程式、電機驅動程式、紫外燈和負離子控制程式、LED顯示和觸控按鍵程式、感測器資料採集程式、無線WIFI通訊程式設計。

　　其中，紫外燈、負離子、LED顯示為微控制器的控制程式，電機、WIFI模組為微控制器的驅動程式；感測器資料採集和觸控按鍵為微控制器的引數輸入程式。各個部分都是緊密相關，每個功能模組對於程式的整體設計都是非常重要的，都是透過STM32F103R微控制器程式，才能使得空氣清淨機控制系統執行起來。

　　根據程式總體設計，各模組處理子程式依賴於主程式的排程，共同完成控制系統的功能。系統根據功能需要，在初始開啟空氣清淨機電源時，直流電機、紫外燈、負離子、感測器、WIFI模組等均不工作，只有當電源按鍵或者無線WIFI模組透過遠端開啟電源開關時，空氣清淨機控制系統才啟動工作。

　　2 系統初始化程式設計

　　系統初始化程式主要針對本系統的系統引數進行初始化，包含了STM32F103R微控制器的初始化程式、I/O口的配置、程式各引數、變數、標誌位的設定、系統預設執行引數的設定、預設顯示程式執行等。默然上電後系統初始化過程中，空氣清淨機的電機、紫外燈、負離子等負載並不工作，裝置的LED顯示模組顯示預設的引數和配置。

　　3 空氣淨化系統的各個模組的軟體設計

　　3.1 電機驅動程式設計

　　本論文研究中使用的是無刷直流電機，電機的驅動是利用微控制器輸出PWM調壓來實現電機的速度變化。在電機的執行過程中，需要根據空氣清淨機的工作狀態來調整電機的轉動速度。

　　3.2 紫外燈和負離子控制程式設計

　　紫外燈管的驅動是利用低電平導通訊號的輸出來實現的.，輸出驅動訊號的引腳為PB4；負離子發生器的驅動同樣是利用低電平導通訊號的輸出來實現的，輸出驅動訊號的引腳為PB4。

　　3.3 LED顯示和觸控按鍵控制程式設計

　　本文描述的空氣清淨機顯示模組的顯示內容主要有：定時時間指示、燈光指示、工作模式指示、空氣質量指示、殺菌等指示、PM指示等資料。主要來自按鍵的更改和資料採集對於的資料變化。

　　按鍵的控制程式主要是進行外部中斷的處理過程，空氣清淨機控制系統的按鍵主要有六個，包括了電源開關Kl、工作模式選擇K2、負離子/紫外燈鍵K3、定時設定K4、電機風速調節鍵K5以及空氣質量指示燈光鍵K6。同時按住定時鍵和電機風速鍵啟到過濾網的狀態復位功能，按鍵的程式設計主要是透過中斷來實現的，當發生按鍵操作的時候，微控制器引腳將根據訊號進行程式處理。程式對於按鍵的觸發訊號判斷為序列流程，依次判斷每個按鍵的操作指令，執行相應的子程式。

　　3.4 感測器資料採集程式設計

　　根據電路原理圖和實際工作過程，設計出空氣質量感測器和粉塵感測器的資料採集程式，系統啟動後，控制訊號中斷程式開始工作，並且ADC使能開啟，檢測系統開始工作。由感測器特性分析可知，感測器在資料採集過程中，在控制訊號作用下開始採集資料，實時檢測室內空氣汙染狀況。為了得到實用資料，需要對室內空氣質量進行大量測試和實驗，最後得出想要的資料結果。

　　3.5 無線WIFI通訊程式設計

　　根據實際應用，無線WIFI通訊部分需要將當前空氣清淨機的狀態值（空氣質量、工作模式、風速、PM指數、定時狀態等等）傳輸到伺服器端，並且能夠將伺服器端傳送來的控制命令成功接收，以實現能夠遠端控制空氣清淨機的工作狀態，系統啟動後，首先對WIFI模組進行初始化，包括SDIO裝置列舉，載入裝置韌體等操作，然後掃描WIFI網路，掃描結束後，根據配置的WIFI賬號和密碼進行關聯網路，關聯成功後進行IP、子網掩碼、閘道器等的設定，接著就是建立TCP SOCKET的客戶端，具體工作有繫結本地及服務端的IP和埠。最後就是從服務端接收資料，判斷是否為獲取裝置狀態或者控制裝置的命令，進行相應的操作。

　　4 結束語

　　本論文主要研究和探討了室內空氣淨化系統的軟體設計，而本文對物聯網空氣清淨機控制系統的研究還是一個開始，結合目前新技術的發展，需要深入研究的方向還有很多，而本文所說明的空氣淨化系統的軟體設計，還存在很多的不足，還有者許許多多可以改進的地方，這都將隨著我們對未來空氣清淨機一步一步的深入研究，不斷地改造創新與發展，以後一定會使其在該領域越來越完善，而技術也一定會越來越成熟。

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