河南大學(xué)物理與電子學(xué)院單片機課程設(shè)計論文河南大學(xué)物理與電子學(xué)院2015級單片機課程設(shè)計論文題目：基于STM32的遠程實時溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計論文作者姓名：作 者 學(xué) 號：合作者姓名：所 在 學(xué) 院：所 學(xué) 專 業(yè)：任 課 老 師：論文完成時間：目錄一、 前言2二、 系統(tǒng)組成與功能32.1 系統(tǒng)組成32.2 STM32最小系統(tǒng)板42.3DS18B20模塊42.4 ESP8266模塊52.5 手機APP62.5系統(tǒng)功能7三、系統(tǒng)原理73.1電路仿真圖73.2擴展仿真圖73.3 實物照片7四、系統(tǒng)程序94.1 程序流程94.2 主要程序源代碼10五、 器材清單列表14六、結(jié)論15七、擴展部分設(shè)計心得15參考文獻16基于STM32的遠程實時溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1、 前言這兩年內(nèi)，無線AP的數(shù)量呈迅猛的增長，無線網(wǎng)絡(luò)的方便與高效使其能夠得到迅速的普及。除了在目前的一些公共地方有AP之外，國外已經(jīng)有先例以無線標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)城域網(wǎng)，因此，WiFi的無線地位將會日益牢固。WiFi是目前無線接入的主流標(biāo)準(zhǔn)，但是，WiFi會走多遠呢？在Intel的強力支持下，WiFi已經(jīng)有了接班人。它就是全面兼容現(xiàn)有WiFi的WiMAX，對比于WiFi的802.11X標(biāo)準(zhǔn)，WiMAX就是802.16x。與前者相比，WiMAX具有更遠的傳輸距離、更寬的頻段選擇以及更高的接入速度等等，預(yù)計會在未來幾年間成為無線網(wǎng)絡(luò)的一個主流標(biāo)準(zhǔn)，Intel計劃將來采用該標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)無線廣域網(wǎng)絡(luò)。這相比于現(xiàn)時的無線局域網(wǎng)或城域網(wǎng)，是質(zhì)的變革，而且現(xiàn)有設(shè)備仍能得到支持，保護人們的每一分錢投資?？偠灾?，家庭和小型辦公網(wǎng)絡(luò)用戶對移動連接的需求是無線局域網(wǎng)市場增長的動力，雖然到目前為止，美國、日本等發(fā)達國家仍然是目前WiFi用戶最多的地區(qū)，但隨著電子商務(wù)和移動辦公的進一步普及，廉價的WiFi，必將成為那些隨時需要進行網(wǎng)絡(luò)連接用戶的必然之選。在本學(xué)期的單片機在課程設(shè)計中，我們兩個人一組共同討論并設(shè)計了基于STM32的遠程實時溫度監(jiān)控系統(tǒng)。而且設(shè)計出了實際的成品，經(jīng)過調(diào)試后能實現(xiàn)預(yù)期的功能，同時我們兩個人在能實現(xiàn)其基本功能的基礎(chǔ)上進行了一定程度的功能擴展。2、 系統(tǒng)組成與功能2.1 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)主要有STM32最小系統(tǒng)板、DS18B20、ESP8266、手機App等部分組成2.1.1系統(tǒng)實現(xiàn)圖：2.1.2硬件結(jié)構(gòu)圖：2.2 STM32最小系統(tǒng)板STM32最小系統(tǒng)版主要參數(shù)：內(nèi)核：Cortex-M3 32-bit RISC；工作頻率：72MHz，1.25 DMIPS/MHz；工作電壓：2-3.6V；封裝：LQFP64；I/O 口數(shù)量：51個；存儲資源：256K Flash，48K RAM；接口資源：2 x SPI，5 x USART，2 x I2S，2 x I2C； 1 x SDIO，1 x USB，1 x CAN；模數(shù)轉(zhuǎn)換：3xADC（12位），2xDA（12位，1us，分時16通道）；調(diào)試下載：支持 JTAG/SWD 接口的調(diào)試下載，支持 IAP2.3 DS18B20模塊 DS18820美國DSLIAS公司推出的單總線數(shù)字溫度傳感器，具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易匹配處理器等優(yōu)點。處理器與DS18820通信只需要一根數(shù)據(jù)線即可，同時該數(shù)據(jù)線還可以向掛接的DS18820供電。DS18820內(nèi)部自帶AD轉(zhuǎn)換器，通過內(nèi)部的溫度采集、AD轉(zhuǎn)換等一系列過程，將溫度值以規(guī)定的格式轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)并輸出，用戶可以通過一些簡單的算法，將數(shù)據(jù)還原為溫度值。其分辨率可以達到12位，滿足一般情況下對溫度采集的需要。與模擬溫度傳感器相比，DS18B20省去了信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換等通道處理電路，從而使得系統(tǒng)線路簡單，成本低廉。主要性能指標(biāo)如下：1.電壓范圍：+3.O+5.5V（可用數(shù)據(jù)線供電）。2.測溫范圍：-55+125。3.通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式，測溫分辨率可達0.0625。具體的模塊引腳圖如圖12所示。圖12 DS18b20引腳圖 2.4 ESP8266模塊ESP8266是上海樂鑫信息科技設(shè)計的低功耗WiFi芯片，集成完整的TCP/IP協(xié)議棧和MCU。而ESP8266模塊是深圳安信可公司基于ESP8266芯片研發(fā)（增加必要外圍電路、串口flash、板載天線等）的串口WiFi模塊，成本低、使用簡便、功能強大。2.4.1串口無線配置方法本系統(tǒng)用到的模式為串口無線WIFI AP模式TCP服務(wù)器。配置方法如圖：WIFI AP模式TCP配置圖2.4.2芯片引腳及功能ESP8266引腳功能圖圖13 ESP8266引腳圖。2.5 手機APP在此系統(tǒng)中手機APP作為上位機，接收下位機測得的溫度，并顯示在界面。手機APP是人機交互的重點，實現(xiàn)了在同一局域網(wǎng)下的溫度監(jiān)測。在連接上下位機的WIFI前提下，輸入IP地址和端口號，點擊連接按鈕可實現(xiàn)互連，下位機數(shù)據(jù)將不斷上傳至上位機，刷新編輯框的溫度數(shù)值，實現(xiàn)監(jiān)測。2.5系統(tǒng)功能本設(shè)計的主要功能是通過DS18B20溫度采集模塊采集溫度，并將溫度發(fā)送給單片機，實現(xiàn)實時監(jiān)控。 擴展后的系統(tǒng)增加了遠程監(jiān)控，即通過WIFI模塊（ESP8266）將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機（App），可實現(xiàn)在同一局域網(wǎng)內(nèi)的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。三、系統(tǒng)原理本系統(tǒng)設(shè)計的主要原理是通過WIFI把DS18B20采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。其中STM32單片機是整個系統(tǒng)的核心，負責(zé)數(shù)據(jù)的匯入與發(fā)送。當(dāng)檢測到有溫度數(shù)據(jù)輸入時，通過單片機把程序轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)據(jù)傳送到對應(yīng)的wifi模塊，WIFI將數(shù)據(jù)發(fā)送到手機App，實現(xiàn)遠程通信與溫度的實時監(jiān)控。3.1電路仿真圖3.2擴展仿真圖3.3 實物照片 3.3.1 硬件實物：具體的實物照片如圖3-3-1圖3-3-13.3.2 App界面App界面如圖3-3-2所示 圖3-3-2四、系統(tǒng)程序41 程序流程圖24 程序流程圖 4.2 主要程序源代碼4.2.1下位機部分程序DS18B20獲取溫度：/從ds18b20得到溫度值/精度：0.1C/返回值：溫度值 （-5501250） short DS18B20_Get_Temp(void) u8 temp; u8 TL,TH; /定義u8類型的字節(jié)高、低八位short tem; DS18B20_Start (); / ds1820 開始轉(zhuǎn)換 DS18B20_Rst();/復(fù)位DS18B20 DS18B20_Check(); /等待DS18B20的回應(yīng) 返回1: DS18B2不存在 返回0:存在 DS18B20_Write_Byte(0 xcc);/ skip rom 寫一個字節(jié)到DS18B20 DS18B20_Write_Byte(0 xbe);/ convert TL=DS18B20_Read_Byte(); / 從DS18B20讀取一個字節(jié) LSB TH=DS18B20_Read_Byte(); / 從DS18B20讀取一個字節(jié)MSB if(TH7) TH=TH; TL=TL; temp=0;/溫度為負 else temp=1;/溫度為正 tem=TH; /獲得高八位 tem 0) RrceiveEditText.setText(new String(buffer, 0, len);/接收的buffer顯示在EditText ); catch (IOException e) /捕獲 / TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace();5、 器材清單列表STM32最小系統(tǒng)板 1個ESP8266 WIFI芯片 1塊DS18B20 溫度傳感器 1個電阻 4.7k 1個104電容 1個排插 5個USB-TTL1塊9*15萬用板1個焊錫若干導(dǎo)線若干六、結(jié)論通過本學(xué)期單片機課程設(shè)計的學(xué)習(xí)與動手制作，本設(shè)計基本上實現(xiàn)了預(yù)定功能，但在此基礎(chǔ)上還可以根據(jù)不同的需求做相應(yīng)的擴展,也可以使用不同的芯片，還可以設(shè)計實現(xiàn)溫度在數(shù)碼管上顯示，語音播報溫度等。由于個人的知識有限，設(shè)計本身可能有不足之處，溫度顯示不穩(wěn)定，程序設(shè)計不是太簡潔等，還有待進一步改進。七、擴展部分設(shè)計心得在溫度+上位機實驗基本功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，本制作組主要擴展了wifi，手機在app顯示功能。擴展部分主要使用ESP8266WIFI芯片，電路主要由劉利娜同學(xué)制作，不再贅述。由于本人編程能力有限，相關(guān)程序編寫方面，破費周折，也因此獲得了更多的寶貴經(jīng)驗和教訓(xùn)，現(xiàn)總結(jié)如下：1、 關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸模塊，一開始想用無線透傳24L01模塊去做，并且電路也設(shè)計完成，但是考慮到無法與手機進行串口通信，便放棄方案，在此期間浪費了一些時間，在硬件設(shè)計方面走了彎路。需注意，RF24L01是無線串口模塊，必須是有串口才可用，不符合手機硬件接口。故后來選擇了ESP8266 WIFI 模塊。2、 這個wifi接收溫度的App主要是網(wǎng)絡(luò)編程，考慮較多的是TCP協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)接口問題，為了簡便，在程序內(nèi)部只進行socket連接，即只進行交付并連接IP地址和端口號的工作，之后便啟動接收線程進行數(shù)據(jù)的接收和處理。填寫密碼和登錄WIFI在手機設(shè)置里進行。3、 軟件編程的障礙一般是硬件的條件造成的，ESP8266在發(fā)送數(shù)據(jù)時，每次發(fā)送都需要重新告訴WIFI我將要進行多少字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸，在編寫發(fā)送指令時有較大難度，后來利用printf函數(shù)，進行改進，去解決指令和數(shù)據(jù)發(fā)送問題?？傊?jīng)歷了這次程序設(shè)計，我增加了對STM32的熟悉程度，并且網(wǎng)絡(luò)編程部分也有了新的認識，提高了自己編程能力。此外，在硬件設(shè)計方面有更深刻理解，一個好的設(shè)計便是硬件與軟件之間的權(quán)衡，優(yōu)越的硬件條件將會使軟件開發(fā)簡單，同理，當(dāng)硬件做的工作不夠時，軟件的處理也可適當(dāng)彌補。參考文獻【1】趙巍、馮娜.單片機基礎(chǔ)及應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社。2009:94-103【2】高慧芳.單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計.M杭州：杭州電子科技大學(xué).2008:124-127【3】李寧.基于MDK的STM32處理器開發(fā)應(yīng)用.M北京航空航天大學(xué)出版社，2008【4】劉黎明等.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用?！?】郭霖.第一行代碼-Android.M人民郵電大學(xué)出版社，2016【6】國家863中部軟件孵化器.Java從入門到精通.M人民郵電大學(xué)出版社，201017