基于STM32F103C8T6單片機的電影院環境檢測方案

一、方案概述
本方案旨在針對現代電影院內環境進行實時監測，通過多種傳感器采集溫度、濕度、CO?濃度、光照強度、噪聲等關鍵指標，并將數據通過串口或無線方式傳輸至中央控制系統，實現對放映廳環境的智能化管理。系統以STM32F103C8T6為核心控制單元，結合優選傳感器和通信模塊，具備高精度、低功耗、易擴展等特點。

二、系統硬件組成
本方案硬件部分主要包括：STM32F103C8T6主控模塊、電源管理模塊、多種環境傳感器模塊、通信模塊及顯示模塊。各模塊間通過I2C、SPI、UART等總線進行數據交互，整體結構清晰、模塊化設計便于維護和升級。

三、核心單片機——STM32F103C8T6
STM32F103C8T6基于ARM Cortex-M3內核，主頻最高可達72MHz，內置64KB Flash和20KB SRAM，豐富的外設接口（USART、I2C、SPI、ADC、DMA等）滿足多傳感器并發采集需求。其功耗低、生態成熟、開發資源豐富，是本方案的理想選擇。

• 型號：STM32F103C8T6

• 作用：作為系統主控，負責傳感器數據采集、預處理、存儲及通信調度

• 選擇理由：高主頻與大內存支持復雜算法，豐富外設簡化硬件接入，Cost-effective，社區和文檔支持完善

• 功能：實現多路傳感器數據采集、實時數據處理、外部通信和狀態指示

四、電源管理模塊
為保證系統穩定運行，需要設計高效、可靠的電源方案。

• 穩壓芯片：AMS1117-5.0／AMS1117-3.3

• 作用：將外部5V電源降壓為3.3V和5V，分別為MCU、傳感器及通信模塊供電

• 選擇理由：輸出電壓精度高（±1%）、最大輸出電流1A，封裝SOT-223，易于散熱

• 功能：提供雙路穩壓輸出，支持浪涌保護

• 電源濾波：10μF電解電容＋0.1μF陶瓷電容

• 作用：濾除高頻噪聲，穩定電壓

• 選擇理由：組合補償高低頻噪聲，價格低廉且易獲取

• 功能：保證MCU及傳感器供電穩定

五、環境傳感器模塊

1. 溫濕度傳感器——SHT30

• 型號：Sensirion SHT30

• 作用：高精度采集環境溫度（±0.3℃）和相對濕度（±2%RH）

• 選擇理由：I2C接口，軟件庫成熟，封裝防水，可長時間穩定工作

• 功能：實時提供溫濕度數據，支持低功耗單次測量模式

2. CO?傳感器——MH-Z19B

• 型號：Winsen MH-Z19B

• 作用：檢測放映廳內CO?濃度，量程0–5000ppm，精度±50ppm

• 選擇理由：紅外非色散技術（NDIR），耐老化，響應速度快

• 功能：定時或按需測量CO?，并通過UART總線輸出數據

3. 光照傳感器——BH1750FVI

• 型號：ROHM BH1750FVI

• 作用：測量環境光照強度，量程1–65535 lux

• 選擇理由：I2C通信，內置光電二極管和ADC，自動校準功能

• 功能：用于監測照明水平，結合投影燈光管理，提高觀影體驗

4. 噪聲傳感器——MAX4466+可調增益麥克風

• 型號：MAX4466麥克風放大器模塊

• 作用：采集環境噪聲電平，輸出模擬信號給ADC通道

• 選擇理由：可調增益方便適配不同場景，頻響范圍寬

• 功能：監測放映過程中的音量水平，并記錄異常噪聲

六、通信模塊
為滿足現場數據上傳和遠程監控需求，可選用以太網或無線傳輸方案。

1. W5500以太網模塊

• 型號：WIZnet W5500

• 作用：通過SPI接口實現以太網通信，支持TCP/UDP/HTTP等協議

• 選擇理由：硬件TCP/IP內核，減輕MCU負擔；穩定可靠，適合有線部署

• 功能：實時上傳環境數據至服務器或本地管理終端

2. ESP8266無線模塊

• 型號：AI-Thinker ESP-12F (ESP8266)

• 作用：通過UART或串口軟件模擬方式進行Wi-Fi通信

• 選擇理由：成本低、Wi-Fi覆蓋廣、社區支持豐富

• 功能：將數據推送至云端平臺，實現移動端實時監控

七、顯示與人機交互
采用2.8英寸TFT彩屏模塊，同時預留按鍵和LED指示燈實現本地狀態查看。

• 屏幕模塊：ILI9341驅動的2.8″ TFT LCD

• 作用：圖形化展示環境參數、歷史曲線及警報信息

• 選擇理由：驅動成熟，分辨率320×240，SPI接口降低引腳占用

• 功能：通過Touch或按鍵操作查看菜單及歷史數據

• 按鍵模塊：4×4矩陣按鍵或獨立按鍵

• 作用：用于模式切換、數據瀏覽和校準操作

• 選擇理由：響應靈敏、成本低

• 功能：實現本地快速操作

• 狀態指示燈：RGB三色LED

• 作用：不同顏色指示系統運行狀態及環境預警

• 選擇理由：直觀易識別

• 功能：紅燈表示超標報警，綠燈表示正常，藍燈表示通信狀態

八、軟件設計要點

1. 底層驅動：基于HAL庫或StdPeriph庫編寫I2C、SPI、UART、ADC等外設驅動；利用DMA和中斷提高采樣效率。

2. 數據采集與濾波：對溫濕度、CO?、光照進行多次采樣并取均值，噪聲信號通過簡單數字濾波處理。

3. 任務調度：采用FreeRTOS實現多任務并發管理，分別負責傳感器采集、數據處理、通信上報和顯示更新。

4. 數據存儲：本地使用EEPROM或SD卡記錄歷史數據，關鍵異常情況存入片內Flash。

5. 異常報警：超限時觸發蜂鳴器及指示燈報警，并通過通信模塊發送告警消息至監控中心。

九、系統性能及優勢
本方案具有如下優勢：響應速度快、精度高、功耗低、可擴展性強；模塊化設計便于維護，支持多種通信方式；軟件架構清晰，易于后續功能升級。可廣泛應用于影院、劇場、展覽館等需要環境監測的場所。

十、結論
基于STM32F103C8T6的電影院環境檢測方案，通過精心選型的傳感器和可靠的通信模塊，實現了對溫度、濕度、CO?、光照、噪聲等關鍵環境參數的實時監測與報警，為電影院提供了智能化、可視化的環境管控手段，提升了觀眾舒適度與安全性。