基于STM32的无线WIFI温湿度监测系统设计

广东工业大学自动化学院　樊智一

基于STM32的无线WIFI温湿度监测系统设计

广东工业大学自动化学院樊智一

针对分散节点的温湿度检测，设计了一种基于单片机的无线WIFI温湿度监测系统。该系统以STM32F103RCT6单片机为控制器、以温湿度传感器DHT11和无线WIFI收发模块ESP8266为辅助，实现空间温湿度数据的采集、发送与监测。该系统能稳定可靠地反馈现场的温湿度数据，实现温湿度的同步监测。

单片机；WIFI无线通信；温湿度测量

0.引言

温湿度的监测在工农业生产中有着重要地位，特别是对大棚种植，养殖，粮食存储等，对温湿度的控制要求甚高。为摆脱落后的传统监测手法，需要引进测量精度高，低投入，易于维护的监测系统。为了满足上述要求，设计了一个可实现远程监控，测量精度高，价格低廉易于维护的温湿度监测系统。该系统以STM32F103RCT6单片机为控制芯片，以温湿度传感器DHT11采集空间的温湿度数据，并通过无线WIFI收发模块ESP8266把数据传输至上位机的监测界面，实现温湿度的同步监测。

1.系统总体结构设计

该系统通过温湿度传感器采集空间的温湿度数据，并在STM32F103RCT6单片机中对获取的温湿度数据进行处理。利用无线WIFI收发模块对处理完成的数据进行无线传输，发送至上位机的接收端，并把数据上传至LabVIEW设计的监测界面。在监测过程中，若现场空间温度超出额定值系统随即发出报警并反馈到上位机。无线WIFI温湿度监测系统总体结构如图1所示。

图1　监测系统总体结构

2.系统硬件设计

下位机采用STM32F103RCT6单片机作为系统的主控制器，其中外围电路由电源电路，温湿度传感器，时钟和复位电路，液晶显示电路，系统报警电路以及无线WIFI数据收发电路组成。该硬件部分主要实现以下功能：（1）采集空间温湿度数据；（2）显示温湿度数据；（3）温湿度超出额定值时发出报警；（4）温湿度数据的无线传输。其设计框图如图2所示。

图2　下位机硬件设计框图

上位机同样以STM32F103RCT6单片机作为系统的主控制器，外围电路由电源电路，时钟和复位电路，无线WIFI数据收发电路以及串口通信电路组成。该硬件部分主要实现以下功能：（1）接收温湿度数据；（2）显示当前的温湿度数据；（3）保存历史温湿度数据。其设计框图如图3所示。

图3　上位机硬件设计框图

2.1单片机控制系统设计

单片机控制系统为整个系统的控制部分，该部分以STM32F103RCT6单片机为控制器，由时钟电路、复位电路、电源电路、JTAG下载调试电路组成。该系统采用适合于低功耗应用的高速32位处理器STM32F103RCT6，该芯片工作电压为3.3V，具有64个I/O接口，内置高速内存，256KB闪存容量。处理器采用8MHz的无源晶振提供时钟源，通过控制器内部PLL倍频控制寄存器使工作频率提高至72MHz，采用MAX809S作为上电复位芯片，实现对单片机控制器的上电复位。

2.2系统供电模块

该系统中的温湿度传感器的工作电压是5V，控制器STM32F103RCT6与无线WIFI通信模块的工作电压是3.3V。因此采用了LM2576 5.0V开关电源芯片，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制以及热关断电路等。同时该系统采用了asm1117 3.3V的线性稳压芯片产生3.3V的电压，利用以上器件只需极少的外围器件便可构成高效稳定的系统供电电路。

2.3温湿度数据采集模块

该系统采用的温湿度传感器为DHT11数字温湿度传感器，该传感器由一个电阻型湿敏元件和温度传感器组成，采用单线制的串行接口，该温湿度传感器的工作电压为3至5.5V，控制器发出启动信号后传感器工作于高速模式。启动信号结束时，传感器输出40位数据，触发一次温湿度数据采集，采集完成后温湿度传感器的工作模式变为低功耗模式。温湿度传感器处于空闲状态时总线为高电平，工作时需把总线电平拉低。

2.4系统通信模块

该设计采用的无线WIFI通信模块为Ai-Thinker公司的ESP8266模块，该模块通过串口与单片机控制器进行通信，该模块内置TCP/ IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换。通过配置单片机控制器的串口即可通过WIFI传输数据。该无线WIFI通信模块的工作电压为3.3V，有三种工作模式分别为（1）AP；（2）STA；（3）AP+STA。其

中每个工作模式又包含TCP服务器，TCP客户端和UDP三种工作子模式。该系统中下位机的WIFI通信模块作为服务器并且采用AP模式，上位机的WIFI通信模块作为客户端并且采用STA模式。上位机与PC机之间的通信采用RS232串行通信进行数据交换，该系统采用MAX232电平转换芯片实现单片机串口与PC机之间的串行通信。

3.系统软件设计

该系统的软件设计主要分为系统初始化、温湿度检测、参数设置、报警处理、温湿度数据整理及发送、温湿度信息显示。下位机温湿度数据采集模块的处理如下：对连续采集得到的10个数据，删去其中的最大与最小值并求出其平均值，最后把平均值发送至上位机接收端。监控PC机采用LabVIEW设计的监测界面，LabVIEW提供很多外观与传统仪器类似的控件，可用来方便地创建用户界面，实现接收下位机的温湿度数据并汇总显示。

系统上电后进入初始化阶段读取系统参数，温湿度传感器启动并采集温湿度数据，采集所得数据显示于1602液晶显示屏，并通过无线WIFI模块把数据传输至上位机，上位机接收到来自下位机的数据后通过串口上传至PC机，通过监测界面显示当前温湿度数据。当空间检测的温湿度值超出设置的额定值时，下位机系统启动报警处理程序。

4.结语

该系统以STM32F103RCT6单片机、ESP8266无线WIFI传输模块、DHT11温湿度传感器以及LabVIEW监测界面构成了无线温湿度监测系统。该系统能同步监测空间温湿度的变化，当温湿度超出设置额定值时发出警报。该系统在工农业生产中能发挥重要作用，如粮食存储中，温度与湿度是两个重要指标，必须实时进行监测。该系统具有较好的扩展性，可广泛应用于需要温湿度监测的场合。

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樊智一（1993—），男，广东广州人，硕士研究生，研究方向：嵌入式系统设计，图像理解。