基于STM32的液態金屬的無線溫度監測裝置設計與制作

陳 剛，劉 杰，何景峰

（西京學院，西安 710123）

1 方案論證與設計

本設計是以STM32F103VET6單片機為控制核心，通過液態金屬傳感器來不斷監控溫度的變化，并且將監測到的溫度數據傳輸給監測端的CPU控制中心（即單片機STM32F103VET6），然后STM32F103VET6再次將接收到的數據傳輸給監測端的NRF24L01無線傳輸模塊的從機，數據再經過NRF24L01無線傳輸模塊的從機傳輸給接收端的NRF24L01無線傳輸模塊，待接收端NRF24L01無線傳輸模塊接收到數據的時候，再次將數據給予接收端的單片機STM32F103VET6，再然后單片機通過驅動ILI9341液晶顯示屏和ISD1820 語音播報模塊來進行數據顯示和數據播報，并且在顯示模塊上顯示溫度變化曲線。

2 硬件設計

基于液態金屬的無線溫度監測裝置從硬件上分為監測端和接收端，監測端可以通過無線模塊同檢測端進行通信。

液態金屬溫度傳感器的制作主要包含以下幾個流程：①在PT100熱電阻的兩個引腳的兩端焊接上細微導線；②將焊接了導線的熱電阻插入按照比例裁剪好的并且封好頭的不銹鋼管中注入選定好的液態金屬作為絕緣抗輻射材料；③進行常規的絕緣測試；④放置一夜之后，將導線的另一端接上提前選定好的溫度變送器（焊接有STM32F103VET6和監測端NRF24L01無線模塊）；⑤進行常規的精度檢測；⑥然后按照常規的溫度傳感器的正常封裝。

采集端主要包括液態金屬溫度傳感器、數據處理分析模塊、監測端無線傳輸模塊、供電電源模塊。

數據采集模塊采用的是液態金屬溫度傳感器進行采集的，所以硬件方面就包括液態金屬溫度傳感器與穩壓模塊的接線，液態金屬溫度傳感器與STM32F103VET6模塊的接線。

數據處理模塊采用的是單片機STM32-F103VET6，單片機與穩壓模塊連接的引腳是VBAT、VDD_1、2、3；

單片機STM32-F103VET6的引腳A4、5、6、7、8、9與監測端NRF無線傳輸模塊的 SCK、MISO、MOSI、CE、CSN 、IRQ一一對應連接。

監測端NRF無線傳輸模塊是用引腳VDD與穩壓模塊連接。

接收端硬件主要包括接收端NRF無線傳輸模塊、STM32-F103VET6數據轉換模塊、ISD1820語音播報模塊、ILI9341屏幕顯示模塊等組成。 監測端NRF無線傳輸模塊是用VDD直接與探索者開發板的穩壓模塊連接的，主機NRF 無線傳輸模塊是用引腳SCK、MISO、MOSI、CE、CSN 、IRQ與單片機STM32-F103VET6的引腳 B13、B14、B15、B5、B6、B4連接。

數據轉換模塊采用的是以STM32-F103VET6主體芯片為的探索者開發板，STM32-F103VET6是用引腳VDD_1、VDD_2、VDD_3、VDD_4、VDD_5、VDDA、VDDA+與電源模塊的穩壓電路連接。

STM32-F103VET6用引腳B13、B15、C7、B9與ISD1820語音模塊的FT、PLAYL、PLAYE、REC等引腳一一連接。

STM32-F103VET6與ILI9341的連接是直接將ILI9341屏幕連接插在屏幕插槽里即可。

3 軟件程序設計

因為本次溫度監測裝置的設計出了液態金屬溫度傳感器外都是基于已知模塊的組合及調試，所以程序也是按照模塊來區分，并且通過IIC和SPI進行通信的。

主要的是流程是液態金屬溫度傳感器從環境中采集到溫度數據之后傳輸給以STM32-F103C8T6芯片為主要芯片的數據轉換與處理模塊，然后經過一系列濾波處理之后再傳輸給NRF24L01無線傳輸模塊，將檢測端測量并計算得到的溫度值以數字信號傳輸給監測端的NRF24L01無線傳輸模塊，過后監測端的NRF24L01無線傳輸模塊將數據傳輸給以STM32F103VET6 芯片為主體的數據轉換與處理系統，通過數據轉換與處理系統，將其轉換為語音信息和屏幕的曲線信息，通過語音模塊和屏幕顯示模塊將其輸出，同時將該數據儲存在芯片中等測量次數夠了三次到五次之后，在屏幕形成臨近幾次測量數值組成的曲線圖，并和STM32F103VET6 芯片中儲存的標準溫度值范圍進行對比，如果測得的溫度偏高、或者偏低，便會通過語音模塊提醒。

信號采集模塊采用的是使用程序IIC 進行模擬通信的，因為溫度變送器部分已經直接將測得溫度信號轉換成了數字信號，所以我們程序部分便是直接將其數據讀取出來。

無線傳輸模塊分為監測端和接收端兩部分，監測端是進行數據測量的部分；接收端便是進行語音播報、屏幕顯示部分的。

監測端部分與STM32F103VET6采用的是SPI通信。單片機要先將NRF 無線傳輸模塊進行初始化：

NRF_TX_Mode（）；配置NRF 無線傳輸模塊為發送模式

NRF_Tx_Dat（txbuf）；開啟從機到主機的無線傳輸模式。

接收端軟件模塊是由NRF無線傳輸模塊程序設計、STM32-F103VET6數據處理程序設計、ISD1820語音播報程序設計、ILI9341屏幕顯示程序設計模塊組成。

首先初始化接收端NRF 無線傳輸模塊、然后配置主機NRF無線傳輸模塊的收發模式、然后IIC 開始讀取接收端NRF 無線傳輸模塊的數據。

在數據從監測端NRF無線傳輸模塊傳輸到接收端NRF無線傳輸模塊之后，STM32-F103VET6通過IIC通訊，將數據從接收端NRF無線傳輸模塊讀取到自身的寄存器中。

4 結束語

在完成硬件電路的焊接后。首先將接收端STM32F103VET6單片機燒入程序，檢驗液晶顯示有沒有問題。再將其中一片STM32F103VET6與ILI9341屏幕顯示模塊、ISD1820語音播報模塊相連，寫入測量溫度的程序。測試硬件及軟件部分是否如同預想的那般。然后將NRF24L01的收發部分同時與兩片STM32F103VET6寫入發送一個常數的程序，檢測收發模塊及程序是否成功。最后將顯示模塊、無線收發模塊、溫度檢測模塊程序整合調試出來，最后在屏幕顯示模塊顯示出來。

溫度采集端采集溫度并發送至接收端，由ILI9341顯示當前溫度。當檢測端傳輸數據時，監測端接收到數據時，檢測端和監測端的信號指示燈都閃爍。如果將溫度范圍調整為10C至30C時，ILI9341顯示當前監測到的溫度，如下圖所示：當人工設置溫度范圍為10°到20°時，當前溫度超過范圍，蜂鳴器報警。

液態金屬溫度監測裝置也突破了傳統的溫度監測，采用了無線監測，這更一步的優化了溫度監測現場繁雜的線纜問題，使溫度的測量更加方便，也為物聯網的進一步推廣奠定了基礎。