智能溫度遠程監(jiān)控和報警系統(tǒng)設(shè)計

張雨云 陳磊 陳競遠

摘 要：針對，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)往往存在單傳感器監(jiān)測準確度不高、遠程監(jiān)控能力不強等諸多缺陷。網(wǎng)絡(luò)化的溫度監(jiān)控系統(tǒng)在系統(tǒng)造價上價格不菲，降低監(jiān)控系統(tǒng)成本和功耗，提高系統(tǒng)集成度、準確度和便捷性是本課題設(shè)計目標。為此，本課題提出了一種智能溫度遠程監(jiān)控和報警系統(tǒng)。STM32單片機和GSM模塊設(shè)計了溫度信息傳輸網(wǎng)點，提高了信息處理和傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。ESP8266無線模塊把當前檢測到的環(huán)境溫度上傳到網(wǎng)頁上，用戶可以隨時監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：GSM；STM32F103ZET6；DS18B20溫度檢測；OLED顯示屏；ESP8266無線模塊

第一章 研究分析

1.1研究背景

隨著時代的發(fā)展，溫度的監(jiān)測已經(jīng)滲透到人們的日常生活中，而在工業(yè)中對溫度的要求和監(jiān)測的方式更是至關(guān)重要。

溫度的檢測一直是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，從檢測現(xiàn)場溫度到檢測系統(tǒng)內(nèi)部細微的溫度，這一切都離不開精準的測量。隨著時代的變遷，人工的檢測的低效率和不精準等弊端漸漸顯露出來，而我們科技的進步使得遠程監(jiān)控進入到了人們的視野，并且在不斷的研究和改進中改變著工業(yè)生產(chǎn)的大格局。但是，現(xiàn)在對于遠程監(jiān)控的研究還遠遠不夠，很多技術(shù)上的應用依然不夠成熟，不能保證遠程溫度監(jiān)控的穩(wěn)定性、精準性、實時性。本課題就是基于這樣的現(xiàn)狀提出來，我們要在前人的基礎(chǔ)上，完善理論上的研究同時拓展技術(shù)上的應用，做到在極端惡劣壞境下的溫度監(jiān)控，做到在千里之外對于溫度的監(jiān)視及報警。

本課題通過將STM32單片機、GSM和WIFI結(jié)合在一起達到對于惡劣環(huán)境如煤礦、化工、高溫等現(xiàn)場的溫度監(jiān)測及報警。

1.2研究現(xiàn)狀

目前，在國內(nèi)外技術(shù)水平還不夠成熟，此項目還有很大的發(fā)展前景，在市場上有很大的社會經(jīng)濟發(fā)展前景。隨著我國工業(yè)場所因室內(nèi)溫度過高導致機器損壞、火災等隱患，人們對隨時檢測室溫也有越來越高的標準。將智能溫度遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)應用于各工業(yè)場所，方便人們對溫度的監(jiān)測及控制。由于市場不規(guī)范、行業(yè)標準不完善，市場發(fā)展并不是很成熟，溫度遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)如今還處于群雄逐鹿的“戰(zhàn)國時代”，具有很大的市場潛力和較高的社會效益。

1.3研究目的

本項目研究的目的是基于STM32單片機和GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)溫度遠程監(jiān)控和報警，監(jiān)控終端不僅可以是電腦，也可以是移動通訊平臺或其他移動終端。真正實現(xiàn)監(jiān)測信息的遠程傳遞控制，基于GSM網(wǎng)絡(luò)范圍更廣，避免通訊設(shè)施由于人為惡意破壞帶來的損失和危險。通過本項目的研究，可以將此項技術(shù)推廣到工業(yè)自動化安全防護等多個領(lǐng)域，實現(xiàn)安全報警，預防事故和災害的發(fā)生。

1.4研究內(nèi)容

利用DS18B20傳感器采集環(huán)境溫度，當環(huán)境溫度大于設(shè)定溫度時，將進行電話報警，利用GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將檢測到的環(huán)境溫度發(fā)送給用戶。當用戶外出時，也可以利用ESP8266無線模塊把當前檢測到的環(huán)境溫度上傳到網(wǎng)站（http：//cjyiot.cn/fire/）上，用戶可以利用網(wǎng)站進行隨時監(jiān)控，方便、快捷。

第二章.系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證

2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計

智能溫度遠程監(jiān)控和報警系統(tǒng)設(shè)計是由DS18B20溫度傳感器、STM32F103ZET6單片機、GSM模塊（TC35i）、LCD顯示屏、按鍵模塊、ESP8266無線模塊組成。主要采用STM32芯片作為微控器，DS18B20傳感器采集環(huán)境溫度，當環(huán)境溫度大于設(shè)定溫度時，將進行電話報警。利用GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將檢測到的環(huán)境溫度發(fā)送給用戶。也可以利用ESP8266無線模塊把當前檢測到的環(huán)境溫度上傳到自制網(wǎng)站（http：//cjyiot.cn/fire/）上，用戶可以隨時監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)方案論證

2.2.1 主控電路方案論證

選用STM32F103系列單片機。STM32F103系列單片機采用Cortex-M3內(nèi)核，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，具有豐富的時鐘源、3種低功耗模式、12通道DMA控制器、3個12位的us級的A/D轉(zhuǎn)換器、2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器；多達11個定時器能夠?qū)崿F(xiàn)PWM輸出、輸入捕獲、看門狗定時等功能；多通信接口支持IIC、USART、SPI、CAN等通信。完全能過滿足本設(shè)計的需求，豐富的功能能夠大大減少外圍電路的搭建。

2.2.2 顯示電路方案論證

用OLED顯示，顯示區(qū)域是128x64的點陣，每個點都能自己發(fā)光，因此可視度和亮度均高，其次是電壓需求低且省電效率高，加上反應快、重量輕、厚度薄，構(gòu)造簡單，成本低燈特點。

在本次設(shè)計中，使用OLED顯示模塊能夠非常清晰的顯示出數(shù)字、中文等字符，非常適合本次的項目設(shè)計。

第三章.系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 主控系統(tǒng)設(shè)計

本設(shè)計使用的STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路中，包含復位電路，外部晶振電路和下載端口。電路中需要注意的是獨立A/D轉(zhuǎn)換器供電以及參考電壓，一個獨立的VDDA引腳給ADC供電，VSSA引腳提供一個隔離的接地輸入。

備用電池VBAT引腳必須被連接到外部電池（1.8V < VBAT < 3.6V）。如果沒有外部電池，這個引腳必須和100nF的陶瓷電容一起連接到VDD電源上。

電路去耦，每個模塊都應該單獨接地，所有的地最終都應在一個點上連到一起。盡量避免或者減小回路的區(qū)域。為了減少供電回路的區(qū)域，電源應該盡量靠近地線，這是因為供電回路就像個天線，成為EMI的發(fā)射器和接收器。

STM32上每個電源引腳以及用到的IC的電源端應該并聯(lián)去耦合的濾波陶瓷電容C（100nF）和化學電容C（10μF）。這些電容應該盡可能的靠近電源/地引腳；典型值一般從10nF到100nF，具體的容值取決于實際應用的需要。

3.2 WIFI無線通訊電路設(shè)計

本設(shè)計使用的ESP8266模塊是一款智能WIFI模塊 內(nèi)置低功耗的32位微處理器，支持RTOS內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，內(nèi)置1路10bit 高精度ADC，外設(shè)接口 UART，I2C，GPIO深度睡眠保持電流為10uA，關(guān)斷電流小于50uA，WIFI特性支持802.11b/g/e，支持Station模式，ESP8266模塊工作溫度范圍大，且能夠保持穩(wěn)定的性能，能適應各種操作環(huán)境。

結(jié)論

該課題的成果為實物樣品。能夠利用手機、電腦等設(shè)備實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的遠程監(jiān)測。做成產(chǎn)品后，系統(tǒng)操作方便，而且易于使用，適用于工業(yè)場所、大棚、公司、學校、家庭等機構(gòu)對溫度的遠程監(jiān)測。我們的產(chǎn)品具有成本低，并且性能更好，安裝方便等優(yōu)勢，有較好的盈利能力。

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（作者單位：浙江師范大學）