论文总字数：22285字

目 录

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1 课题应用背景 1

1.2 本论文设计的主要内容 1

2系统方案设计 2

2.1 微控制器的选择与论证 3

2.2 无线模块的选择与论证 3

2.3 温度传感器的选择与论证 4

3硬件设计 6

3.1 控制模块 6

3.1.1 微控制器的发展 6

3.1.2 微控制器模块 7

3.1.3 STM32单片机 7

3.1.4 STM32外部电路 9

3.2 蓝牙无线传输电路 11

3.2.1蓝牙技术简介 11

3.2.2蓝牙模块与单片机的连接 11

3.3 温度传感器模块电路 12

3.3.1 DS18b20的内部结构 12

3.3.2 DS18b20控制方法 13

3.3.3 DS18b20与STM32连接电路图 14

3.4 电源模块电路 15

3.5 继电器控制电路 15

3.6 蓝牙模块电路 16

4系统软件设计 16

4.1 软件开发环境介绍 16

4.2 系统总体流程图 17

4.3 温度传感器控制程序设计 18

4.4 蓝牙无线传输程序设计 19

5调试与检测 21

5.1 硬件的焊接 21

5.2 实物调试 22

5.2.1 温度传感器的调试 23

5.2.2 蓝牙无线传输的调试 23

5.3 调试结论 24

6 总结及展望 24

6.1 总结 24

6.2 展望 25

参考文献 26

致谢 27

基于STM32的蓝牙无线温度采集系统设计

东方思

,China）

Abstract: With the development of the Internet of things and the popularity of smart phones, sensors connected to the Internet has become a major trend. The traditional temperature acquisition is the way of using the field bus to connect more than one temperature node, the control temperature mainly rely on people to operate the mechanical switch. Its shortcomings are obvious, read the temperature only in a unified monitoring indoor and line of the high cost of laying, the junction temperature failure to dismantle line maintenance, temperature control of high demand for labor costs may misuse and great security risks exist. In view of this, this design uses the high performance STM32 embedded processor, connect the digital temperature sensor, using Bluetooth wireless way to spread the temperature value and receive the control command. Temperature acquisition can be carried out in a non-contact manner, the temperature data can be read through the smart phone. The whole system adopts embedded system, the analog circuit is less, and the stability of the system is improved. And Bluetooth transmission mode has a wide application range, and the receiving end is diverse.

Keywords:  STM32; Internet of things; embedded; Bluetooth communication

1绪论

1.1 课题应用背景

智能化的电子设备在我们的日常生活中随处可见。蒸汽机的发明带来是工业革命。电子技术的发展带来的是信息革命。电子科学技术应用于社会生产以及社会生活的方方面面已经是时代的主流和趋势，衡量一个国家的综合国力和发展潜力，电子技术的有效转化率很重要。好的技术应用到实际生活才是王道。电子科学学科是经济社会发展的基石。电子科学的发展水平从一定意义上来说也能够代表着一个国家的现代化发展水平。随着中国现代化进程的不断推进，在工业、农业等方面都对电子科学提出了更高的要求，电子科学与人民的生活密不可分，间接的促进了电子科学的发展^[1]。

温度采集控制在生产、生活中的应用极其广泛，几乎所有生产活动都需要在合适的温度下进行。在农业上，反季节蔬菜、水果的种植大都在温控室内种植，因此对温度的检测十分重要。另外，由于人进出温控室对其内温度平衡影响大，因此非接触式温度读取控制变得非常必要。在居家上，天气预报对地区精度不高，如果每个家庭配备一个温度传感器放置在室外，人们就可以在起床前得知室外具体温度高低，判断要穿衣物的多少。因此，连接智能手机的无线温度采集系统需求很高。工业生产上，对于高危场所的温度采集一般采用无线非接触式，减少人力消耗又保证了生产的安全性。

传统温度采集一般采用现场总线的方式，其优点是可靠性高，可以统一供电。然而温度结点铺设覆盖面广，中心控制室设置不宜过多，因此要铺设大量的线路。布线成本高，线路故障整修困难，温度采集不便。本设计采用蓝牙无线传输的方式，可以通过智能手机连接温度结点，在远距离实现温度的读取。因为物联网的发展以及智能手机的普及，蓝牙连接后可再接入互联网，监控者可以远隔千里通过互联网监测生产系统，极大地减少了人力物力。因为不需要铺设数据线路，当某一结点出现故障，直接整个模块取下修理，不会影响到其他模块的工作。

1.2 本论文设计的主要内容

本设计是一个通用非接触式温度采集控制系统，应用领域广。本设计拟实现温室大棚温度监控功能。温室大棚内温湿度值特殊，人进入时间长容易产生胸闷的感觉。为了满足这种较远距离、非接触式温度的监控，本设计采用蓝牙无线传输方式，接收终端可以读取保存温度信息，也可以发送命令控制内部执行机构，除此之外，也可以设定自动工作方式，设定控制温度稳定在一个值，大大节省了人力物力。由于采用的是蓝牙通讯方式，因此可以使用智能手机接收控制温度^[2]。如果想实现温度控制联网，可以采用蓝牙中继器接收数据传入互联网。这样，便可以实现超远距离温度的监控系统。

通过对无线温度采集应用背景的介绍，本课题将给出了一种主要基于蓝牙无线通讯方式的嵌入式温度采集系统的设计方案。本设计是包括了一个完成嵌入式系统的多数部分，涵盖了处器单元、温度传感器、电源模块、蓝牙无线传输模块、继电器控制模块。具体为DS18b20温度传感器模块、STM32嵌入式处理器最小系统电路、电源模块、HC05蓝牙无线传输模块、继电器控制模块。

本设计可实现功能如下：

(1) 可检测范围内蓝牙设备自动配对。

(2) 具有配对密码，保证数据的安全性。

(3) 高精度温度采集。

(4) 手机上位机接收温度数据。

为完成以上功能，系统设计需要包括以下硬件及软件设计任务：

(1) 设计温度传感器电路。

(2) 设计STM32最小系统电路。

(3) 设计电源电路。

(4) 设计继电器控制电路。

(5) 设计蓝牙无线传输电路。

(6) 设计温度采集程序。

(7) 设计USART程序。

(8) 设计温度传输格式程序。

2系统方案设计

本设计包括软件设计和硬件设计两个部分，主要由微控制芯片、数据采集、蓝牙发送电路等构成。基于以上的论文要求和内容。本设首先需要STM32这样的智能器件，本文所要实现的功能主要包括，温度的读取、温度数据的校验、温度数据的发送。本设计采用DS18b20温度传感器测量当前温度数据保存在芯片内部的寄存器中^[3]，STM32嵌入式处理器通过向芯片发送命令读取温度传感器芯片内部温度值寄存器，然后将数据进行校验后打包成预定好的数据格式，通过蓝牙无线传输方式发送出去。同时，为了满足有些场合需要根据温度值控制一些执行机构，本设计添加了继电器控制电路。当手机端通过蓝牙发送指令到单片机时，单片机可以根据接收到的指令进行响应操作，这就实现了蓝牙的双向通讯功能。图2-1为本设计的总体硬件结构图。

图2-1 系统设计框图

2.1 微控制器的选择与论证

方案一：以往通常会选C51单片机作为微控制器，其具有众所周知的优点，首先其制作的成本低；其次，出现较早，具有着久远的历史，因此，大量有价值的资料可供我们参考，而且资料查找的途径也非常多。C51单片机从出现以来，始终受到市场的喜爱和关注，后来由此衍生很多系列产品，从而可以从侧面看出51单片机具有很高的性价比。但是该单片机亦有一些不足，构造比较陈旧过时，配置不够高端。另外，通常使用的51单片机的IO口数量不是很丰富，是不可以应用于大型的项目中。不能够满足对全系统技术需求的情况限制了该单片机的使用范围^[4]。

方案二：与C51单片机对比， 显而易见MSP430单片机具有高性能与低功耗的优点。首先，十六位的数据处理能力是C51单片机不止两倍的关系，很大程度上提升了单片机的性能，内部哈弗总线构造使代码执行的速度提升到很高的档次。其次，其增强了单片机内外设置，具有十六个含有中断功能的IO口，自身配置十二位模数转换器，捕捉定时器，UART接口等。由于本设计需要定时器，综合两个单片机的性能，MSP430能够达到本课题的要求。最关键的是，MSP430的功耗很低，在非动态状态时几乎不需消耗能量，本次课题是在节能理念前提下的研究课题，因此对于能量消耗的要求应尽可能的低^[4]。若在本次设计中选MSP430单片机作为微控制器，可以满足我们课题的需求。虽然该单片机价格比C51贵很多，但是MSP430的性价比非常高但是自身也有很短缺陷，本设外设有限，并不能很好的结合其他外设实现更加复杂的功能。

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