论文总字数：30454字

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本课题研究任务及意义 3

2单片机系统硬件电路的设计 5

2.1 硬件电路的总体设计 5

2.2 单片机主控模块 6

2.3 空气空气温湿度采集模块 8

2.4 光照强度采集模块 9

2.5 甲醛气体含量采集模块 10

2.6大气压力采集模块 11

2.7土壤湿度采集模块 12

2.8 PM2.5采集模块 13

2.9显示模块 13

3 GPRS无线通信 15

3.1 GPRS涵义 15

3.2 GPRS网络结构 15

3.2.1 移动交换中心（MSC） 15

3.2.2 GSM基站子系统（BBS） 16

3.2.3 SGSN和GGSN 16

3.3 GPRS 突出优点 16

3.4 GPRS 业务应用 16

4 基于SIM900A的GPRS硬件电路系统设计 18

4.1 SIM900A模块介绍 18

4.2 SIM900A模块硬件设计 18

4.3 SIM900A原理图 18

5软件设计及硬件调试 20

5.1 单片机程序的设计 20

5.1.1 空气空气温湿度采集模块程序设计 20

5.1.2 光照强度采集模块程序设计 21

5.1.3 甲醛气体采集模块程序设计 22

5.1.4大气压力模块程序设计 22

5.1.5 土壤湿度模块程序设计 23

5.1.6 PM2.5采集模块程序设计 24

5.1.7 OLED显示模块程序设计 25

5.2 基于SIM900A模块TCP功能的实现 26

5.2.1 TCP数据传输原理 26

5.2.2 TCP数据传输实现 27

5.3 硬件的焊接 29

5.4 硬件实物 30

5.5 实验以及调试 30

6结论与展望 37

参考文献 38

致谢 39

附录 40

基于STM32和GPRS的家庭气象站系统设计

朱经纬

，China

Abstract:Various parameters and indicators in the ecological environment are closely related to our life and production. Although the traditional small meteorological station is full of functions and high precision, but it has the disadvantages of poor real-time facilities, trouble and high price, it is difficult to adapt to the requirements of people. So it is very necessary to design a multi-functional and economical household and agricultural environment monitoring system.Several environmental parameters of family and agriculture were selected as the test objects: environmental temperature and humidity, atmospheric pressure, soil moisture, PM2.5 and so on.The main control unit uses STM32 series chips to process the data collected by various sensors and send them to the OLED display unit to display them. In addition, in order to realize the communication function, the GPRS wireless communication module is used to realize the wireless communication function of the single chip computer and the upper computer. It can transmit the required data from home or agriculture to our user monitoring terminal to realize the telemetry, which is more convenient for us to use.

Keywords:temperature and humidity;STM32 ;OLED display;PM2.5;GPRS

1 绪论

1.1 研究背景

在经济和工业的不断发展的同时，我们对环境也造成了很大的破坏。生活环境质量的不断恶化给我们的日常生活和农业生产等方面带来了许多负面影响。雾霾天气越来越频繁，空气质量也越来越差，街头随处可见带着口罩防雾霾的居民如1-1所示。

图1-1 雾霾天气

雾霾中重要的组成部分之一是PM2.5，PM2.5就是指直径小于或等于2.5微米的颗粒物，相当于头发丝直径的1/20，已到达肺泡的临界值。PM2.5以下的细微颗粒物，人体的鼻腔、咽喉已经挡不住，如果长期以往地吸入这种空气会对人体系统造成非常大的损害。PM2.5对人体的危害如图1-2所示^[1.2]。

图1-2 PM2.5对人体的危害

在农业生产中，最重要的就是光照强度、空气温湿度、雨量、CO2浓度等因子，它们组成了作物生长的自然环境。只有控制好这些因子，才能提高农业效率，使得农业能够更加精细化发展。所以有必要对农业环境的参数进行检测和控制如图1-3所示。

图1-3 现代化农业监控系统

基于以上背景，我们十分需要一个家庭气象站系统，它可以实时自动地采集家庭或农业的所需数据，并分析数据传输到我们需要的界面，提醒人们根据相关的参数做出合理的应对措施来尽量减少糟糕环境或天气对人们生活、生产可能造成的不利影响。

1.2 国内外研究现状

由于各类的气象参数长期以往对人们的生活、生产等各个方面有着重要的作用，所以国内外对于气象参数的监测投入了大量的人力物力，人们在许多地方建立了大型的综合型气象站也有不少传统的分立式小型气象站如图1-4和1-5所示。虽然它们的功能很齐全、精度高但是由于体积较大不好移动的缺点难以进行多次定点、定时测量而且还有使用麻烦、价格高、功耗要求高等缺点，难以适应人们的要求，所以非常必要设计一种多功能、低功耗、便携式可遥测且经济实用的便于家庭、农业使用的环境监测系统。

图1-4 小型自动气象站

图1-5 农业用气象站

目前国内外小型气象站的发展与研究方向有：

（1）研究适合个人家庭使用的体型小、操作简单、可以实时定点检测的小型家庭气象站。如图1-6所示美国的La Crosse Technology C83349无线传感家庭气象站，主要用于家庭中测量室内气压和空气温湿度等参数，同时可以设置上下限值进行报警。

（2）低功耗、遥测和智能化也是为小型家庭气象站的发展方向之一，国内也出现了许多相关方面的优秀产品，如图1-7所示的鹏博士新款气象站在上一代的基础上进行了软硬结合的升级，鹏博士新款气象站接入可以成功接入阿里智能，使用一个APP及时显示室内空气状况如图1-8所示，如果发现室内温度较低，通过阿里智能控制打开空调等，可以自动调节，保证室内环境稳定健康，同时未来接入的家居产品越来越多，使用的方便程度会更上一层。

图1-6 La Crosse Technology C83349无线传感家庭气象站

图1-7 鹏博士新款智能家庭气象站

图1-8 及时显示室内空气状况的APP

1.3 本课题研究任务及意义

研究任务：该设计主要是基于STM32单片机和GPRS技术的家庭气象站，能够实时监测家庭、农业所需的环境参数并运用GPRS模块无线通信技术将相关数据传输到手机或网络上实现遥测功能。

（1）大气环境类：环境空气温湿度，大气压力，光照强度；

（2）土壤参数：土壤湿度；

（3）生态环境类：PM2.5，甲醛；

意义：本设计主要针对目前用于家庭、农业环境监测中的气象要素的数据采集。产品适用于多种场合如：学校、家庭住宅、农业生产和偏远地区等。在学校，可以通过气象站采集的数据合理改善学习环境，提高学生的学习效率；在家庭生活中，温度湿度的数据可以帮助人们设计出行穿着同时对PM2.5的监测可以提醒人们出门要注意雾霾天气出门及时戴口罩；在偏远地区由于气象站稀少，不能准确测量一定范围内的气象数据时，可以通过该系统自行测量。该基于单片机的家庭气象站系统设计具有功能齐全、测量精度高、低功耗可遥测的特点，对气象数据的精确实时测量可以减少对人们生产生活造成的不利影响，因此它的市场的需求量会越来越大，应用前景十分广阔。接下来是本次设计的论文内容安排：

第一章绪论主要介绍了本设计的研究背景及意义，多种气象参数对人们生活、生产等方面的重要性以及目前国内外在小型化、便携式遥测家庭气象站的研究近况还有存在的不足。

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