智能溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張雨云 陳磊 陳競(jìng)遠(yuǎn)

摘 要：針對(duì)，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)往往存在單傳感器監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度不高、遠(yuǎn)程監(jiān)控能力不強(qiáng)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(jià)上價(jià)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(zhǔn)確度和便捷性是本課題設(shè)計(jì)目標(biāo)。為此，本課題提出了一種智能溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)。STM32單片機(jī)和GSM模塊設(shè)計(jì)了溫度信息傳輸網(wǎng)點(diǎn)，提高了信息處理和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。ESP8266無(wú)線模塊把當(dāng)前檢測(cè)到的環(huán)境溫度上傳到網(wǎng)頁(yè)上，用戶可以隨時(shí)監(jiān)控。

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

第一章 研究分析

1.1研究背景

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

溫度的檢測(cè)一直是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，從檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度到檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部細(xì)微的溫度，這一切都離不開(kāi)精準(zhǔn)的測(cè)量。隨著時(shí)代的變遷，人工的檢測(cè)的低效率和不精準(zhǔn)等弊端漸漸顯露出來(lái)，而我們科技的進(jìn)步使得遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)入到了人們的視野，并且在不斷的研究和改進(jìn)中改變著工業(yè)生產(chǎn)的大格局。但是，現(xiàn)在對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，很多技術(shù)上的應(yīng)用依然不夠成熟，不能保證遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性、實(shí)時(shí)性。本課題就是基于這樣的現(xiàn)狀提出來(lái)，我們要在前人的基礎(chǔ)上，完善理論上的研究同時(shí)拓展技術(shù)上的應(yīng)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(duì)于溫度的監(jiān)視及報(bào)警。

本課題通過(guò)將STM32單片機(jī)、GSM和WIFI結(jié)合在一起達(dá)到對(duì)于惡劣環(huán)境如煤礦、化工、高溫等現(xiàn)場(chǎng)的溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警。

1.2研究現(xiàn)狀

目前，在國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平還不夠成熟，此項(xiàng)目還有很大的發(fā)展前景，在市場(chǎng)上有很大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景。隨著我國(guó)工業(yè)場(chǎng)所因室內(nèi)溫度過(guò)高導(dǎo)致機(jī)器損壞、火災(zāi)等隱患，人們對(duì)隨時(shí)檢測(cè)室溫也有越來(lái)越高的標(biāo)準(zhǔn)。將智能溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于各工業(yè)場(chǎng)所，方便人們對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)及控制。由于市場(chǎng)不規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善，市場(chǎng)發(fā)展并不是很成熟，溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)如今還處于群雄逐鹿的“戰(zhàn)國(guó)時(shí)代”，具有很大的市場(chǎng)潛力和較高的社會(huì)效益。

1.3研究目的

本項(xiàng)目研究的目的是基于STM32單片機(jī)和GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警，監(jiān)控終端不僅可以是電腦，也可以是移動(dòng)通訊平臺(tái)或其他移動(dòng)終端。真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)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(lái)的損失和危險(xiǎn)。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，可以將此項(xiàng)技術(shù)推廣到工業(yè)自動(dòng)化安全防護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)安全報(bào)警，預(yù)防事故和災(zāi)害的發(fā)生。

1.4研究?jī)?nèi)容

利用DS18B20傳感器采集環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，將進(jìn)行電話報(bào)警，利用GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將檢測(cè)到的環(huán)境溫度發(fā)送給用戶。當(dāng)用戶外出時(shí)，也可以利用ESP8266無(wú)線模塊把當(dāng)前檢測(cè)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(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，方便、快捷。

第二章.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證

2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

智能溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)是由DS18B20溫度傳感器、STM32F103ZET6單片機(jī)、GSM模塊（TC35i）、LCD顯示屏、按鍵模塊、ESP8266無(wú)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(dāng)環(huán)境溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，將進(jìn)行電話報(bào)警。利用GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將檢測(cè)到的環(huán)境溫度發(fā)送給用戶。也可以利用ESP8266無(wú)線模塊把當(dāng)前檢測(cè)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(shí)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(jī)。STM32F103系列單片機(jī)采用Cortex-M3內(nèi)核，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz，具有豐富的時(shí)鐘源、3種低功耗模式、12通道DMA控制器、3個(gè)12位的us級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器、2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器；多達(dá)11個(gè)定時(shí)器能夠?qū)崿F(xiàn)PWM輸出、輸入捕獲、看門(mén)狗定時(shí)等功能；多通信接口支持IIC、USART、SPI、CAN等通信。完全能過(guò)滿足本設(shè)計(jì)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(diǎn)陣，每個(gè)點(diǎn)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(yīng)快、重量輕、厚度薄，構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低燈特點(diǎn)。

在本次設(shè)計(jì)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(xiàng)目設(shè)計(jì)。

第三章.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用的STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路中，包含復(fù)位電路，外部晶振電路和下載端口。電路中需要注意的是獨(dú)立A/D轉(zhuǎn)換器供電以及參考電壓，一個(gè)獨(dú)立的VDDA引腳給ADC供電，VSSA引腳提供一個(gè)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(méi)有外部電池，這個(gè)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(gè)模塊都應(yīng)該單獨(dú)接地，所有的地最終都應(yīng)在一個(gè)點(diǎn)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(yīng)該盡量靠近地線，這是因?yàn)楣╇娀芈肪拖駛€(gè)天線，成為EMI的發(fā)射器和接收器。

STM32上每個(gè)電源引腳以及用到的IC的電源端應(yīng)該并聯(lián)去耦合的濾波陶瓷電容C（100nF）和化學(xué)電容C（10μF）。這些電容應(yīng)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(shí)際應(yīng)用的需要。

3.2 WIFI無(wú)線通訊電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)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(yīng)各種操作環(huán)境。

結(jié)論

該課題的成果為實(shí)物樣品。能夠利用手機(jī)、電腦等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。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(chǎng)所、大棚、公司、學(xué)校、家庭等機(jī)構(gòu)對(duì)溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。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(shì)，有較好的盈利能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 尉志武.基于WIFI的家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì).太原：太原理工大學(xué) 2012.

[2] 楊震.物聯(lián)網(wǎng)及其技術(shù)發(fā)展.南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào).2010.30（4）9-14

[3] 于弘毅，李歐，張效義 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)理論、技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社 2008：1-15.

[4] 劉傳朋.基于ARM的智能家居控制系統(tǒng)[D].山東：曲阜師范大學(xué).2009.

[5] 潘偉.黃東.基于WIFI技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J] 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展 2008 18（9）：244-247.

[6] 李文仲.段朝玉.WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門(mén)與實(shí)踐[M] 北京：北京航空航天大學(xué) 2007

[7] 趙英.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)[J] 現(xiàn)代電子技術(shù).2010.33（24）：173-175

（作者單位：浙江師范大學(xué)）