基于STM32的无线温湿度检测系统

论文总字数：15126字

目 录

1.引言 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本论文的主要工作 1

2.系统总体设计 2

2.1系统功能介绍 2

2.2系统设计方案 2

3.系统硬件设计 3

3.1核心芯片选择 3

3.2温度传感器选择 5

3.3无线通信模块 8

3.4显示模块设计 8

4.软件设计 10

4.1系统发送端软件设计 10

4.2 上位机软件设计 11

5.系统软硬件联调 11

6.总结 12

参考文献 12

实验结果展示 13

致谢 15

基于STM32的无线温湿度检测系统

窦永智

，China

Abstract: A wireless temperature-humidity detection system solutions was designed based on platforms STM32.Taking the STM32 as an essential control method and using a chip ESP8266 in a wireless transceiver module, the system acquired temperature-humidity signals through a digital temperature-humidity sensor DTH11 of low power and fast response. An upper computer was communicated with a STM 32 MCU through a serial port to detect the environmental temperature and humidity in real time. Experiment results indicate that the system is stable, interference-resistant and convenient to use, suitable for a variety of temperature and humidity detections.

Keywords: STM32, temperature-humidity detection, wireless transceiver module, serial communication

1.引言

1.1研究背景及意义

随着工业的不断发展，生活中的一些场合需要对湿度、温度进行监测和控制的变得越来越多。温湿度的高低对一些场合的影响特别大，例如：烟草、食品加工、电力系统、档案资料、货仓系统等等。当档案资料管理室的湿度过高时易于霉菌害虫滋长以至于资料变质，温差变化范围较大时纸张纤维热胀冷缩，使得纸张强度降低；又如当货仓中的温度、湿度太高就会使得食物发生变质^[1]。温湿度的控制不当导致的经济损失无法估计，为避免受到温湿度的影响，需要安装温湿度检测以及控制系统来减少因温湿度的变化而带来的经济损失。基本的环境参数中温度和湿度与人们的生活密不可分，与农业生产更是息息相关，工业生产也需要实时地检测测量湿度和温度。由此看见，温湿度测量系统在日常生活中的作用很大。

1.2国内外研究现状

近几年，传感器领域，计算机领域以及互联网领域发展很快，检测过程中运用的监控系统与人们的生活息息相关，尤其是在农业生产方面，例如，监控系统中空气温度与湿度的监控与测量。因此，在软硬件等方面温度检测技术均取得了十分显著的特点，在传统的温度测量技术上，主要是把测量记放在测量点上，然后按照实际需求读取所需数据。如果要检测的点非常多时，那么就需要投入更多的人力资源，另外这种测量方法在读数、精度等方面还存在一系列的偶然因素，使得温度的测量有实时性差、精度偏低、测量速度慢等缺点^[2]。

由于科学技术进一步发展，现有的检测方法和采样器、电阻式温度传感器和数据转换数模转换器等器械组成的检测系统相比，后者有精度高；检测速度快；降低了劳动强度以及可以对各个测点进行循环检测等一系列前者没有的特点。但是并不是很完美，例如：湿度和温度都等一些外界因素都对电阻的阻值有影响，电阻式传感器的灵敏度不高，导致该监测系统的可靠性、精度达不到要求。

湿敏元件是最简单的湿度传感器，主要分为两大类：电容式，具有灵敏度低的缺点，优点是响应速度快、湿度的滞后量小、制造方便、小型化和易集成化；电阻式，具有产品互换性差、较差线性度的缺点与灵敏度高的优点^[3]。

近几年，温、湿度传感器技术在国内、外进步不少，大体表现在以下几点：1.温度传感器正朝着集成化、智能化和系统化方向努力发展，这为更加先进的湿度监控系统的开发提供了很好的前提条件；2.自动温度补偿、线性化处理、以及自动校准湿度等技术在湿度检测系统中都被运用。

二十世纪七十年代时，国外首先是利用模拟式的组合仪表来采集现场信息并记录、控制和指示来研究温湿度控制技术。八十年代末期发明了分布式控制系统，多因子综合控制式的计算机数据采集控制系统正处于研发过程中。当今各国的温、湿度测量、控制技术发展迅速，在自动化实现的基础上，许多国家的测量、控制技术正朝着无人化、全自动化的方向发展。我国对于这项技术的研究也始于这个年代，所以有点晚，为了打好基础，我国对一些发达国家的技术进行了了解，我国技术研究科学家只是初步了解了房内的温度、湿度的控制技术，然而该项技术的运用对像必须是单项环境因子的温、湿度控制。在温度、湿度的微机控制应用方面，我国也有所改进，例如：这项技术正朝着实用性和综合性应用的阶段转变。然而，单回路单参数系统多由单片机控制，因此很多的综合的控制系统并没有什么实质意义上的存在，所以我国在这方面还有很远的路需要去走。在实际生产中我国还存在不少的问题，远远没有达到工厂化生产的标准，例如：不可共享软硬件资源，产业化程度低，环境控制水平落后，装备配套能力差和可靠性差^[4]。

1.3本论文的主要工作

第一章 引言：本章先重点分析了温湿度检测技术在实际应用中的重要意义以及研究背景，紧接着介绍了温湿度检测技术的国内外发展现状并对目前主流的设计思想和技术进行分析。最后交待了本论文各章节的主要工作安排。

第二章 系统的总体设计方案：首先结合实际情况充分考虑到系统应有的功能，其次根据功能将其分成不同的模块并明确每个模块的功能，最后根据当前的现状将一个具体可行的设计方案确定下来。

第三章 系统的硬件设计：根据第二章的总体设计方案，确定了核心芯片的选择，并选取相应的传感器模块，详细介绍了系统硬件部分的设计思路。

第四章 软件设计：这一章的重点是是讲述系统的软件代码编程，它分为上、下位机部分代码两个部分，上位机就是液晶屏显示的驱动程序，而下机位就是主程序和各个功能器件代码。

第五章 系统联调：对系统的软、硬件进行联合调试，将系统功能划分成一个个小模块然后在进行调试。

第六章 总结展望：对本次设计进行总结，分析工作中的不足，并对后面的工作进行展望。

2.系统总体设计

2.1系统功能介绍

该系统将STM32单片机所控制的温湿度采集电路板置于监测点，然后相关的数据跨越障碍物行传输。在那些传统的传输方式之中，有线传输且一般是可以工作的。但是某些情况下它却很难正常工作，特别是当监测点较多、距离监测点远、电磁场干扰强时。针对以上因素的影响，本设计特地利用STM32单片机进行温湿度数据采集，然后在无线发送模块的帮助下将已有的温度、湿度数据发送给相关的检测中心，再由无线接收模块把数据传送给接收部分的STM32单片机并由单片机控制显示^[5]。

2.2系统设计方案

本设计系统带有实时采集数据的功能，首先采集检测点的温湿度，随后处理实时任务，此时系统将采集得到的温湿度数据与设定的温湿度初值进行比较；然后完成实时监控，系统根据上述的对比结果进行分析，将控制指令发送给控制端，然后无线传输模块通过无线传输的方式把测量到的数据发送到目的点^[6]。本系统总体由单片机、数据处理、数据采集、控制显示报警、无线模块五个部分组成（图2.1为系统温湿度采集部分的组成框图）。

图2.1 温湿度采集模块框图

如图2.2的结构框图所示，液晶显示屏、单片机以及无线接收模块共同组成了无线接收部分。

图2.2 温湿度接收显示框图

首先将环境因素和气候对监测点温湿度的影响考虑在内，设计出正常情况下监测点的温湿度参考值，并将参考值预先存放在单片机中，利用放置在数据采集点的温湿度传感器测量出监测点的温湿度值，随后将此温湿度值传入单片机中，单片机发出指令使得采集到的温湿度值通过无线传输模块发送到上位机并在显示屏上显示出来，此时将采集到的温、湿度数据和预先设计的温湿度参考值进行比较，然后结合比较的结果下达指令并指挥执行的单元来完成一系列的相关动作。

3.系统硬件设计

3.1核心芯片选择

STM32单片机系列是一种有成本低、性能高、功耗低的优势与特点的ARM Cortex-M3的内核。它的设计基础是嵌入式应用。根据性能各异，STM32可以分为两个主要的系列：STM32F101—基本型、STM32F103—增强型^[8]。

增强型使用的时钟频率为72兆赫兹，与此类的产品相互比较，我们可以清楚的看到，它拥有着最高的使用性能；时钟频率位36兆赫兹的基本型的使用性能比16位产品好很多且两者的价格差不多，若用户在16位产品中做选择，基本型和增强型都是很好的选择。在基本型和增强型中配备了的32-128K闪存，两者仅在SRAM最大容量、外设结构方面不同。对于频率为72兆赫兹的时钟，在闪存内执行代码，与市面上32位的系列产品相比，STM32单片机的功耗是最低的—36mA（0.5mA/MHz）。

在STM32单片机中，内核Cortex-M3的性能为1.25DMips/MHz非常高；外设亦很先进：ADC（双12位、1us）、SPI（18兆位/秒）、较快的I/O翻转速度（18MHZ）、UART（4兆位/秒）；时钟工作频率在72兆赫兹之下，电流是36mA，待机时电流最低是2uA。

内核：支持硬件除法、单周期乘法、工作频率最高可达72MHz、1.25DMIPS/MHz，

Cortex-M3 CPU（32位的ARM）。

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