面向STM32 單片機的智能溫度監測報警系統

鄭 賽，尚志會，秦銨勝，李洋，羅 成

（遵義醫科大學醫學信息工程學院，貴州 遵義 536000）

溫度作為人們日常生活中的一個重要物理量，在現代工農業技術的發展和應用中扮演著極其重要的角色。隨著數字化技術的發展與變革，以智能化技術為主的新型技術研究已經得到很大發展[1,2]。鑒于此，智能溫度監測技術越來越受到大家的關注。在智能監測技術發展的基礎上，基于智能溫度測量系統得到了大量的研究與使用，傳統的人工的溫度測量裝置正在被取代[3,4]。新型測溫裝置通過溫度傳感器，能夠監測環境溫度并且把所測溫度數據傳給中央控制模塊，使所測溫度數據顯示出來并作出判斷操作，若所測環境溫度數據不在所設置的溫度范圍內，控制模塊發出警報[5]。

根據現有傳感器的發展情況和單片機所具備的優勢，開發一個基于單片機的智能溫度監測報警系統可以更好地服務人們的日常生產和生活，減少因為溫度因素帶來的影響?；赟TM32 單片機的智能溫度監測報警系統占用空間小、易于維護，可用于惡劣的環境，并且可以對溫度進行實時監測，提高了監測精度，減少不必要的勞動，從而降低了生產成本。因此，溫度智能監測報警系統的研究具有現實意義。

1 系統總體方案設計

1.1 系統的總體設計

本設計是基于STM32 單片機的智能溫度監測報警系統。在系統設計過程中，我們需要對各個模塊的功能和配置進行掌握。在開發的過程中要多模塊協同配合開發，這樣使得整個系統功能具有完整性和有效性。

本系統的設計主要由以下幾個功能模塊組成，分別是STM32 單片機的核心控制芯片模塊、LCD1602顯示模塊、DHT11 溫度采集模塊、溫度設置按鍵模塊。該系統的整體設計結構如圖1 所示。在整個系統中，通過DHT11 溫度采集模塊來監測室內溫度，并將采集到的溫度通過主控模塊將數據傳輸到LCD1602 液晶顯示屏上。

圖1 系統結構圖

1.2 系統性能需求

基于STM32 單片機智能溫度監測報警系統在功能和性能上將滿足如下需求：

（1）實現設置溫度的最大值和最小值的功能；

（2）實現溫度采集功能，并且能夠與設定的最大和最小值進行比較；

（3）實現報警功能，當溫度傳感器監測到當前溫度大于設定的最大值時，紅色LED 燈亮起，代表當前溫度過高，如果溫度傳感器監測到當前溫度低于設定的最小值時，藍色LED 燈亮起，代表當前溫度過低；

（4）提供擴展接口，可用于連接其他報警裝置，增加系統的可擴展性；

（5）具備功耗低，輕巧便攜，安裝簡單，操作容易等特點。

2 系統硬件設計

2.1 STM32F103ZET6 芯片

本系統采用了STM32 單片機作為核心控制芯片，其最高工作頻率為72MHz，可以計算單周期乘法和硬件除法，并且具有并行LCD 接口，兼容8080/6800 模式。此模塊還具有時鐘、復位、定時器以及看門狗等功能，可以為整個系統提供穩定持續的工作。另外該芯片還具有多個通信接口，為將來的拓展開發帶來便利。

2.2 DHT11 溫濕度模塊

DHT11 是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器。其精度濕度±5%RH，溫度±2℃，量程濕度為20%-90%RH，溫度0～50℃。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8 位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式存在OTP 內存中，傳感器內部在監測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口使系統集成變得簡易快捷，超小的體積、極低的功耗使其成為在該類應用中苛刻應用場合的最佳選擇。該傳感器為4 針單排引腳封裝，連接方便。

2.3 LCD1602 顯示模塊

1602 液晶也叫1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5x7 或者5x11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。顯示的內容為16x2，即可以顯示兩行，每行16 個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。

2.4 溫度按鍵模塊

溫度按鍵模塊由兩個按鍵控制，分別為KEY1、KEY2。KEY1 為升高溫度，KEY2 為降低溫度。每按一次就可在前一次的溫度數值基礎上加或減1 ℃。KEY1、KEY2 被按下后會將對應GPIO 的電信號拉高或拉低，STM32 單片機通過監測GPIO 的電信號變化判斷是否有按鍵被按下，并進行處理。STM32單片機核心控制芯片電路，如圖2 所示。

圖2 核心控制芯片圖

3 系統軟件設計

在本系統設計中，基于STM32 智能溫度監測報警系統的軟件設計模塊主要是為了實現前面所述的各個硬件電路模塊的功能。下位機的軟件系統設計以一個主程序為核心，然后再針對硬件電路的各個模塊設計出相配合的子程序模塊。整個流程主要包括開始工作、信號采集、信號傳輸、中斷信號接收、中斷信號處理以及信號響應等過程?；诖?，系統的總體設計流程如圖3 所示。

圖3 程序流程圖

4 系統仿真設計

在電子設計的過程中，往往需要對系統進行合理的實驗測試，通過不斷測試來監測電路設計是否存在缺陷，便于后期進行修改與調整。當我們了解到產品需要滿足的功能之后，就需要針對對應的功能進行電路設計，并對設計好的電路進行調試。下面是系統的實物設計，如圖4 所示。

圖4 系統設計圖

本系統主要體現是否可以將溫度傳感器采集到的數據在LCD顯示屏上顯示出來，同時也要注意其他外圍電路的設計是否合理。在供電之后，可以發現，顯示屏可以正常顯示所設定的溫度，最大溫度為35 度，最小溫度為15 度，當前溫度為17 度，如圖5所示。

圖5 顯示屏顯示結果圖

5 結果分析

根據系統的實驗結果可知，顯示屏上可以很好地顯示基本的溫度參數信息，當溫度過高時，會發出聲光報警。系統穩定性和數據準確性良好。

6 結語

經過不斷調試和修改，本系統需求的功能已基本實現。但是，在本仿真系統的設計中，也暴露出來了一些問題。本系統只實現了基本的設計功能，今后需進一步完善和優化，將整個系統向著市場化方向發展，逐步拓展其功能，依靠其成本低廉和功能強大的特點，走入市場，滿足各行各業的需求。

此外，如果使用TCP/IP 協議來進行數據傳輸，在單片機和PC 機之間可以實現一對多的無線網絡傳輸，在進行數據傳輸時，可以突破空間上的限制，這也是本系統需要改進的方向。