聚豐項目 > 基于zigbee技術的空氣質量監控系統
空氣質量監控系統基于IDT氣體流量傳感器ZMOD4410模塊而設計。主控芯片采用高性能意法半導體公司Cortex-M4系列微控制器STM32F407ZET6，并采用CC2650模塊無線2.4GHz作為zigbee無線傳輸功能，并根據氣體傳感器監測數據做出預警。 zigbee技術是一種低功耗、短距離、低成本的無線通信技術，其PHY層和MAC層協議為802.15.4標準協議，網絡層由zigbee技術聯盟制訂，可以提供靈活的組網方式。 本項目采用模塊化方案設計，主要構成系統的模塊有STM32F407ZET6主控、CC2650模塊、底板、傳感器模塊等。便于擴展各類傳感器模塊，實現家庭燃氣、水、溫濕度、空氣質量等的實時在線監測功能。軟件采用開源嵌入式實時操作系統RT-Thread，具有組件豐富、可靠性高等諸多優點。
大雨淅淅
大雨淅淅
團隊成員
嚴敏 軟件工程師
張影影 隊長
1、電源模塊
通過分析，此項目所需功耗約為2W，電源模塊采用寬輸入電壓，低噪聲，總共有3個穩壓芯片：U15/U16/U18，DC_IN用于外部直流電源輸入，經過U15DC-DC芯片轉換為5V電源輸出，其中D4是防反接二極管，避免外部直流電源極性搞錯的時候，燒壞開發板。K1為開發板的總電源開關，F1為1000ma自恢復保險絲，用于保護USB。
2、STM32F407ZET6主控模塊
本項目選擇的是STM32F407ZGT6作為MCU，該芯片是STM32F407里面配置非常強大的了，它擁有的資源包括：集成FPU和DSP指令，并具有192KB SRAM、1024KB FLASH、12個16位定時器、2個32位定時器、2個DMA控制器（共16個通道）、3個SPI、2個全雙工I2S、3個IIC、6個串口、2個USB（支持HOST /SLAVE）、2個CAN、3個12位ADC、2個12位DAC、1個RTC（帶日歷功能）、1個SDIO接口、1個FSMC接口、1個10/100M以太網MAC控制器、1個攝像頭接口、1個硬件隨機數生成器、以及112個通用IO口等。該芯片的配置十分強悍，很多功能相對STM32F1來說進行了重大改進，比如FSMC的速度，F4刷屏速度可達3300W像素/秒，而F1的速度則只有500W左右。
STM32F407ZGT6主控模塊外接LCD模塊、電源模塊、3G模塊、CC2650模塊等，作為整個系統核心處理部分，通過UART外接CC2650模塊，將收集到的數據做進一步處理，將收到的實時數據處理后顯示在LCD顯示屏上，根據eco2、IAQ的值的變化，如果超過預警值將進行報警，提醒用戶做出反應，并可以通過3G模塊將告警信息傳輸到手機上。
3、CC2650模塊
4、LCD模塊
LCD接口連接在STM32F407ZGT6的FSMC總線上面，可以顯著提高LCD的刷屏速度。LCD模塊主要用于顯示氣體傳感器傳輸過來的eco2數值和IAQ，便于直觀反映。
5、ZMOD4410模塊
氣體傳感器模塊采用IDT 公司高性能ZMOD4410模塊，實現對氣體流量的采樣，工作電流僅為30mA(5V 電壓)，其精度達到2%，具有數字I2C 接口和模擬輸出接口，是實現氣體流量檢測的最佳選擇。本項目采用排線外接CC2650模塊的IIC接口，將監測數據傳給cc2650，然后通過無線方式傳輸到與STM32連接的CC2650模塊上，從而達到遠程監控的功能
本項目用到的模塊比較多，軟件功能主要集中在是STM32407處理模塊、CC2650無線傳輸模塊、ZMOD4410氣體監測模塊上。其中ZMOD4410氣體監測模塊由IDT廠家給出了API開發包，將給出的.a文件加入到STM32407處理模塊程序的編譯中，多收到的氣體傳感器數據進行處理，經過轉換獲取可顯示ECO2、IAQ值，若使用裸機程序編寫，將花費大量時間安排各模塊工作流程，以保證各模塊之間無縫配合。因此本項目采用嵌入式RTOS 進行程序設計，各個軟件功能采用模塊化、多任務設計。
1、 軟件整體設計方案
設計采用開源嵌入式系統RT-Thread 作為運行基本系統。在此基礎上增加各模塊使用的驅動和線程函數，系統每10ms 進行一次進行線程調度，保證系統實時性。軟件整體設計流程如下圖。
2、 CC2650無線傳輸模塊軟件設計方案
// 初始化GAS
void Init_GAS(void)
{
P1SEL &= ~0xc0; //作為普通 IO 口
SDA_OUT();
SCL_OUT();
Write_GAS(PWR_MGMT_1, 0x00);//電源管理，典型值：0x00(正常啟用)
Write_GAS (SMPLRT_DIV, 0x07);
Write_GAS (CONFIG, 0x06);
Write_GAS (GYRO_CONFIG, 0x18);
Write_GAS (ACCEL_CONFIG, 0x01);
}
//連續讀出GAS內部數據
void Multiple_read_GAS(void)
{
char BUF[12]; //接收數據緩存區
BUF[0]= ead_GAS(ACCEL_XOUT_H);
BUF[1]= Read_GAS (ACCEL_XOUT_L);
BUF[2]= Read_GAS (ACCEL_YOUT_H);
BUF[3]= Read_GAS (ACCEL_YOUT_L);
BUF[4]= Read_GAS (ACCEL_ZOUT_H);
BUF[5]= Read_GAS (ACCEL_ZOUT_L);
BUF[6]= Read_GAS (GYRO_XOUT_H);
BUF[7]= Read_GAS (GYRO_XOUT_L);
BUF[8]= Read_GAS (GYRO_YOUT_H);
BUF[9]= Read_GAS (GYRO_YOUT_L);
BUF[10]= Read_GAS (GYRO_ZOUT_H);
BUF[11]= Read_GAS (GYRO_ZOUT_L);
accX=(BUF[0]<<8)|BUF[1];
accY=(BUF[2]<<8)|BUF[3];
accZ=(BUF[4]<<8)|BUF[5];
graX=(BUF[6]<<8)|BUF[7];
graY=(BUF[8]<<8)|BUF[9];
graZ=(BUF[10]<<8)|BUF[11];
}
zigbee終端設備軟件方案
3、 系統初始化
board_init(); //開發板初始化
uart_init(115200); //初始化串口波特率115200
LCD_Init(); //LCD顯示初始化
alarm_init();//警報初始化
4、 LCD顯示
void LCD_ShowString(u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u8 size,u8 *p)
{
u8 x0=x;
width+=x;
height+=y;
while((*p<='~')&&(*p>=' '))//?D??ê?2?ê?·?·¨×?·?!
{
if(x>=width){x=x0;y+=size;}
if(y>=height)break;//í?3?
LCD_ShowChar(x,y,*p,size,0);
x+=size/2;
p++;
}
}
5、 預警模塊
void alarm（void）
{
GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9);
GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_8);
delay_ms(300);
GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9);
GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_8);
delay_ms(300);
}
由于條件限制，沒能將風機等加上去，只是通過板子上的蜂鳴器報警達到預警效果，如果室內環境變差，可以通過打開風機進行環境空氣流轉，達到M2M的效果
氣體傳感器收集數據通過IIC上傳到zigbee終端模塊，zigbee終端模塊將數據通過2.4G發送到zigebee協調器，zigbee協調器通過UART將數據上傳到主控模塊，主控將數據進行轉換，通過LCD顯示ECO2、IAQ值，如果值不正常說明空氣質量問題，通過蜂鳴器發出警報，并通過3G模塊將數據發送到個人手機上
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