智能温度远程监控和报警系统设计

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智能温度远程监控和报警系统设计

作者:张雨云 陈磊 陈竞远 来源:《世界家苑》2017年第02期

摘 要:针对,传统的温度监控系统往往存在单传感器监测准确度不高、远程监控能力不强等诸多缺陷。网络化的温度监控系统在系统造价上价格不菲,降低监控系统成本和功耗,提高系统集成度、准确度和便捷性是本课题设计目标。为此,本课题提出了一种智能温度远程监控和报警系统。STM32单片机和GSM模块设计了温度信息传输网点,提高了信息处理和传输的实时性和可靠性。ESP8266无线模块把当前检测到的环境温度上传到网页上,用户可以随时监控。

关键词:GSM;STM32F103ZET6;DS18B20温度检测;OLED显示屏;ESP8266无线模块

第一章 研究分析 1.1研究背景

随着时代的发展,温度的监测已经渗透到人们的日常生活中,而在工业中对温度的要求和监测的方式更是至关重要。

温度的检测一直是工业生产的关键,从检测现场温度到检测系统内部细微的温度,这一切都离不开精准的测量。随着时代的变迁,人工的检测的低效率和不精准等弊端渐渐显露出来,而我们科技的进步使得远程监控进入到了人们的视野,并且在不断的研究和改进中改变着工业生产的大格局。但是,现在对于远程监控的研究还远远不够,很多技术上的应用依然不够成熟,不能保证远程温度监控的稳定性、精准性、实时性。本课题就是基于这样的现状提出来,我们要在前人的基础上,完善理论上的研究同时拓展技术上的应用,做到在极端恶劣坏境下的温度监控,做到在千里之外对于温度的监视及报警。

本课题通过将STM32单片机、GSM和WIFI结合在一起达到对于恶劣环境如煤矿、化工、高温等现场的温度监测及报警。 1.2研究现状

目前,在国内外技术水平还不够成熟,此项目还有很大的发展前景,在市场上有很大的社会经济发展前景。随着我国工业场所因室内温度过高导致机器损坏、火灾等隐患,人们对随时检测室温也有越来越高的标准。将智能温度远程监控报警系统应用于各工业场所,方便人们对温度的监测及控制。由于市场不规范、行业标准不完善,市场发展并不是很成熟,温度远程监控报警系统如今还处于群雄逐鹿的“战国时代”,具有很大的市场潜力和较高的社会效益。

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1.3研究目的

本项目研究的目的是基于STM32单片机和GSM网络技术实现温度远程监控和报警,监控终端不仅可以是电脑,也可以是移动通讯平台或其他移动终端。真正实现监测信息的远程传递控制,基于GSM网络范围更广,避免通讯设施由于人为恶意破坏带来的损失和危险。通过本项目的研究,可以将此项技术推广到工业自动化安全防护等多个领域,实现安全报警,预防事故和灾害的发生。 1.4研究内容

利用DS18B20传感器采集环境温度,当环境温度大于设定温度时,将进行电话报警,利用GSM网络技术将检测到的环境温度发送给用户。当用户外出时,也可以利用ESP8266无线模块把当前检测到的环境温度上传到网站(http://cjyiot.cn/fire/)上,用户可以利用网站进行随时监控,方便、快捷。

第二章.系统总体方案设计与论证 2.1系统总体方案设计

智能温度远程监控和报警系统设计是由DS18B20温度传感器、STM32F103ZET6单片机、GSM模块(TC35i)、LCD显示屏、按键模块、ESP8266无线模块组成。主要采用STM32芯片作为微控器,DS18B20传感器采集环境温度,当环境温度大于设定温度时,将进行电话报警。利用GSM网络技术将检测到的环境温度发送给用户。也可以利用ESP8266无线模块把当前检测到的环境温度上传到自制网站(http://cjyiot.cn/fire/)上,用户可以随时监控。 2.2 系统方案论证 2.2.1 主控电路方案论证

选用STM32F103系列单片机。STM32F103系列单片机采用Cortex-M3内核,最高工作频率72MHz,1.25DMIPS/MHz,具有丰富的时钟源、3种低功耗模式、12通道DMA控制器、3个12位的us级的A/D转换器、2通道12位D/A转换器;多达11个定时器能够实现PWM输出、输入捕获、看门狗定时等功能;多通信接口支持IIC、USART、SPI、CAN等通信。完全能过满足本设计的需求,丰富的功能能够大大减少外围电路的搭建。 2.2.2 显示电路方案论证

用OLED显示,显示区域是128x64的点阵,每个点都能自己发光,因此可视度和亮度均高,其次是电压需求低且省电效率高,加上反应快、重量轻、厚度薄,构造简单,成本低灯特点。

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在本次设计中,使用OLED显示模块能够非常清晰的显示出数字、中文等字符,非常适合本次的项目设计。 第三章.系统硬件设计 3.1 主控系统设计

本设计使用的STM32F103C8T6最小系统电路中,包含复位电路,外部晶振电路和下载端口。电路中需要注意的是独立A/D转换器供电以及参考电压,一个独立的VDDA引脚给ADC供电,VSSA引脚提供一个隔离的接地输入。

备用电池VBAT引脚必须被连接到外部电池(1.8V < VBAT < 3.6V)。如果没有外部电池,这个引脚必须和100nF的陶瓷电容一起连接到VDD电源上。

电路去耦,每个模块都应该单独接地,所有的地最终都应在一个点上连到一起。尽量避免或者减小回路的区域。为了减少供电回路的区域,电源应该尽量靠近地线,这是因为供电回路就像个天线,成为EMI的发射器和接收器。

STM32上每个电源引脚以及用到的IC的电源端应该并联去耦合的滤波陶瓷电容C(100nF)和化学电容C(10μF)。这些电容应该尽可能的靠近电源/地引脚;典型值一般从10nF到100nF,具体的容值取决于实际应用的需要。 3.2 WIFI无线通讯电路设计

本设计使用的ESP8266模块是一款智能WIFI模块 内置低功耗的32位微处理器,支持RTOS内置TCP/IP协议栈,内置1路10bit 高精度ADC,外设接口 UART,I2C,GPIO深度睡眠保持电流为10uA,关断电流小于50uA,WIFI特性支持802.11b/g/e,支持Station模式,ESP8266模块工作温度范围大,且能够保持稳定的性能,能适应各种操作环境。 结论

该课题的成果为实物样品。能够利用手机、电脑等设备实现对室内温度的远程监测。做成产品后,系统操作方便,而且易于使用,适用于工业场所、大棚、公司、学校、家庭等机构对温度的远程监测。我们的产品具有成本低,并且性能更好,安装方便等优势,有较好的盈利能力。 参考文献

[1] 尉志武.基于WIFI的家庭火灾报警系统的设计.太原:太原理工大学 2012. [2] 杨震.物联网及其技术发展.南京邮电大学学报.2010.30(4)9-14

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