工程能力-单片机原理实验技能竞赛

基于STM32的智能环境监控与极端天气预警系统——暴风突击队

一、项目简介

本项目重点围绕__“智慧校园”“校园生活”__，基于STM32F4单片机平台、FatFS文件系统、LVGL嵌入式图形库，依托多种传感器和技术手段实现对气候信息的监测和记录，并且提供了一种算法来预警恶劣天气的发生。本项目的实施将推动校园智能化水平的提升，为师生提供更加便捷、舒适、安全的校园环境。同时，这也是校园信息化建设的重要组成部分，有助于提升学校的整体形象和竞争力。

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graph LR
    NodeD{STM32}
    NODEK(((智慧校园)))
    %% Node0 -..- NODEK
    NodeQ -..- NODEK
    NodeK --> NodeY{{BSP板级支持包}}
    NodeD -->|驱动| NodeK{{HAL&&LL提供的API}}
    NodeD -->|GUI| NodeX{{LVGL}}
    NodeQ{{上位机}} --> |控制|NodeD
    NodeX --> GUI界面编写
    NodeD -->|FileSystem文件系统| NodeZ{{FatFS}}
    NodeZ --> NODE3{{SDCard当前数据存储}}
    NodeZ --> NODE4{{SDCard历史数据读取}}
    NodeY --> NODE1{{AHT20温湿度传感器}}
    NodeY --> NODESCR{{LCD底层}}
    NODESCR --> NODECTP{{GT911触摸芯片}}
    NODESCR --> NODES{{ST7796U显示芯片}}
    NodeY --> NODE8{{BMP280气压计}}
    Node0[(算法分析)]
    NODET([恶劣天气预警])
    NODE1 --> Node0
    NODE4 --> Node0
    NODE3 --> Node0
    NODE8 --> Node0
    Node0 --> NODET
    NODET -..- NODEK

项目总体框图

二、人员组成

姓名 学号 联系方式
郭储源 2023302106 15389234985
姚明锐 2022302686 13909620314
曹军 2023302359 17326082595

三、项目价值

实时气候信息显示

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通过LVGL嵌入式图形库，在校园内的公共显示屏或学生个人的移动设备上实时显示当前的气候信息（如温度、湿度、风速、风向等）。这有助于学生根据天气情况选择合适的衣物和活动，提高校园生活的舒适度。

恶劣天气预警

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系统能够预测并发出恶劣天气（如暴雨、大风、雪灾等）的预警。这些预警信息可以通过短信、APP推送或校园广播系统快速传达给师生，帮助他们提前做好准备，确保安全。

智能化校园设施管理

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智慧校园系统可以与校园内的其他设施（如教室灯光、空调、通风系统等）进行联动。例如，在预测到高温天气时，系统可以自动提前开启教室空调，为师生提供凉爽的学习环境。

教学辅助

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通过气候数据的记录和分析，教师可以利用这些数据开展与气象相关的课程和活动，增强学生的学习体验。学生也可以参与气候数据的收集和分析，培养科学探索和实践能力。

校园安全管理

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在恶劣天气条件下，系统可以实时监测校园内的安全状况，如积水、道路结冰等。并通过校园广播、APP推送等方式提醒师生注意安全，避免发生意外。

节能环保

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通过气候信息的智能监测和预测，系统可以优化校园内的能源使用，如根据天气情况调整照明、供暖或制冷设备的运行。这不仅有助于降低能源消耗，还能减少对环境的影响，符合绿色校园的理念。

数据可视化与分析

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利用FatFS文件系统，系统可以长期存储气候数据，并通过图表等形式进行可视化展示。这有助于校园管理者了解气候变化的趋势和规律，为校园规划和管理提供科学依据。

提升校园智能化水平

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本项目的实施将推动校园智能化水平的提升，为师生提供更加便捷、舒适、安全的校园环境。同时，这也是校园信息化建设的重要组成部分，有助于提升学校的整体形象和竞争力。

四、实现过程

由于本项目涉及到对GUI图形化界面的使用以及浮点数据的处理，我们决定采用带有硬件FPU的STM32F4单片机，同时为了优化性能，使用高度抽象的HAL库和偏向底层的LL库混编。

1. 基于STM32CubeMX配置时钟树，配置各种外设，生成HAL库，LL库代码。

图片显示失败

图1 外设配置
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图2 时钟树配置

2. 基于厂商提供的Datasheet完成BSP层驱动的编写

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图3 厂家Datasheet
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图4 BSP层驱动编写

3. 基于GUI Guider设计LVGL的GUI界面

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图5 GUI Guider设计界面
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图6 LVGL仿真验证

五、经费预算

项目 资金/元
STM32F407开发板 70
AHT20温湿度传感器 10
3.5寸电容触摸屏 50
BMP280气压传感器 10
总经费 140