智能温度远程监控和报警系统设计

张雨云 陈磊 陈竞远

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。

本課题通过将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。

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。

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

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（作者单位：浙江师范大学）