南通智慧城市物联网系统解决方案：基于STM32与ESP32的多场景单片机开发综合方案

南通智慧城市物联网系统解决方案针对当前城市治理与民生服务中的关键痛点，提出一套以单片机开发为核心、融合多种物联网通信技术的综合性智能监测与控制系统。本方案覆盖水质检测、油烟监测、河道巡查、道路交通感知、智能安防及智能家居等六大应用场景，依托STM32单片机开发、ESP32单片机开发、ESP8266单片机开发、Arduino单片机开发等主流嵌入式平台，结合4G模组开发、Cat1模组开发以及合宙LuatOS系统开发，构建低功耗、高稳定性、可扩展性强的城市级物联网感知网络。

一、系统总体架构设计

系统采用“感知层—传输层—平台层—应用层”四层架构模式。感知层由各类传感器和单片机开发控制单元组成；传输层支持Wi-Fi、Cat1、4G、LoRa等多种通信方式；平台层部署于云端服务器，实现数据存储、分析与可视化；应用层提供Web端与移动端管理界面，支持远程监控与智能预警。

二、功能模块详解

1. 水质检测物联网模块

该模块用于实时监测河道、湖泊、自来水管网等水体的pH值、溶解氧、浊度、电导率等参数。主控芯片选用STM32F4系列单片机，具备高性能浮点运算能力，适合多通道ADC采集与数据滤波处理。搭配专用水质传感器（如DS18B20温度传感器、SEN0244 pH探头），通过RS485接口接入Modbus协议进行稳定通信。数据经由Cat1模组开发上传至云平台，实现每5分钟一次的数据刷新频率。预期效果为：误差小于±3%，响应时间低于10秒，支持断点续传与本地缓存。

2. 油烟检测物联网模块

面向餐饮企业后厨环境，集成PM2.5、VOC气体、温湿度传感器，主控采用ESP32单片机开发方案，利用其双核处理器优势实现多任务并行处理。内置Wi-Fi模块直连企业路由器，也可切换至4G模组开发版本应对无网场景。通过MQTT协议将数据推送至环保监管平台，触发超标自动报警，并联动排烟设备启停。技术选型上优先考虑ESP32的低功耗特性与丰富外设接口，便于后期扩展CO、NO₂等其他有害气体检测。

3. 河道检测物联网模块

部署于河岸或浮标上，集成水位计、流速仪、视频摄像头与气象站。主控使用STM32H7系列单片机，配合RT-Thread实时操作系统，确保多源数据同步采集与调度。通信方式采用Cat1模组开发为主，兼顾成本与带宽需求。支持太阳能供电+锂电池储能系统，整机待机功耗低于1W。可实现汛期水位越限预警、漂浮物识别、非法排污行为抓拍等功能，提升河道智能化巡检效率。

4. 道路交通检测物联网模块

在重点路口布设地磁传感器、红外车辆检测器与微气候监测单元，主控采用Arduino Mega 2560单片机开发原型，便于快速验证逻辑算法。量产版迁移至STM32F1系列单片机以降低成本。数据通过ESP8266单片机开发模块上传至交管平台，支持车流量统计、拥堵指数计算、事故自动上报。结合边缘计算技术，在本地完成初步数据分析，减少云端负载。

5. 智能安防物联网模块

集成人体红外感应、门磁、烟雾报警、摄像头联动功能，主控基于ESP32-S3单片机开发，支持AI语音唤醒与本地人脸识别。采用合宙Air724UG模组运行合宙LuatOS系统开发环境，实现短信报警、电话呼叫、APP推送三重告警机制。设备支持OTA远程升级，保障长期运维安全性。适用于社区、仓库、学校等场所的无人值守监控场景。

6. 智能家居物联网模块

围绕家庭照明、窗帘、空调、安防四大子系统，构建Zigbee+Wi-Fi混合组网方案。主网关采用ESP32单片机开发为核心，运行FreeRTOS操作系统，协调各子节点工作。终端设备如智能开关、插座采用ESP8266单片机开发方案，成本低、功耗小。用户可通过手机APP或语音助手实现远程控制，支持场景模式联动（如“回家模式”自动开灯开空调）。系统兼容天猫精灵、小爱同学等主流生态。