基于STM32单片机的仓库温度监测系统设计与控制*

2021-10-18占华林陈亮亮张配阳诸丽芳于子正

科技创新与应用 2021年29期

占华林，陈亮亮，张配阳，诸丽芳，于子正

(江西科技师范大学，江西南昌330013)

1 研究背景及意义

在日常的生产生活当中，对环境温度的检测变得日益重要。在较为早期的社会生产生活中，温度的测量主要采用的是人工温度计量法，这种获取数据的方法主要是根据以往的经验和常识，与测量人体体温类似，在需要了解温度的周围环境时，在附近安置温度表，一段时间后，再通过人工取出之前放置的仪表，根据人为读数，进而去了解仓库的温度状况。在储物仓库的日常安全工作中监测仓库环境是至关重要的一个部分[1]。环境指标中的温度指标是仓库安全至关重要的一个指标，它可直接影响仓库所存储货物的品质。因此掌控仓库实时温度信息就变得尤为重要。传统的温度测量方法如干球温度测量法、湿球温度测量法、黑球温度测量法步骤太过繁琐[2-3]，且耗费时间长，不适合做日常环境温度监测。

我国作为发展中国家在对仓库环境温度监测方面稍稍慢于一些发达国家，由于当时的条件，广大人民无法意识到仓库存储的意义。在上世纪80年代我国开始了对温度监测的研究。在技术上，以单一环境监测为主，尚未结合化发展，与发达国家相比，还存在较大差距。具体体现在装备设施不健全，产业化落后，环境控制水平不足。但是我国的技术人员学习能力强，在国家政策的引领下积极实践，我国仓库环境温度监测的科技体系逐渐形成，虽然我国温度监测离工厂化还有很长一段路要走，在生产实际中依旧会出现许多问题，但这也只是暂时的，相信通过其他行业的发展，慢慢地能够带动该领域的发展，并逐步赶超发达国家。

基于以上背景，文章设计基于STM32单片机的仓库温度监测系统设计与控制。该系统可以显示仓库实时温度，并且会在温度高于设定值时发出警报并且启动控制模块降低环境温度。

2 系统设计

仓库温度监测系统以STM32为主控制器[4]，将数字温度传感器DS18B20采集的数据显示在TFTLCD显示屏界面，在温度高于设定温度时，单片机控制L9110S驱动电机上叶片转动达到加速空气流通，达到降低环境温度的效果，实现环境温度的自动控制。

从图1系统框图中可得出如下子模块：

图1 系统方案框图

(1)单片机最小系统：由32位STM32构成的单片机最小系统。

(2)温度采集模块：通过数字温度感应器DS18B20采集温度数据，将数据送入单片机最小系统。数字温度传感器省略ADC转换过程，单片机发送相应的命令进行配置，读取相关的寄存器，再对数据进行转换，即可获得温度数据。

(3)蜂鸣器报警：当温度超过一定阈值时，单片机发送信息驱动蜂鸣器[5]。

(4)电机驱动模块：当仓库温度超过一定阈值时，单片机发送信息给L9110S控制模块驱动电机转动。

(5)LCD显示模块。

3 硬件电路设计

3.1 单片机最小系统

用户可以根据实际需要(如，主频、存储器、IO引脚数)，选择不同系列STM32单片机。STM32单片机内部含有闪存32-512KB和随机存储器6-64KB，可用于系统SoC运行简单的应用程序，如果运行复杂的任务，可以扩展片外Flash和RAM。选用STM32系列单片机作为最小系统，如图2所示。

图2 STM32最小系统

3.1.1 晶体振荡电路

晶体振荡电路由晶振、无极性电容组成。晶体振荡电路辅助STM32单片机片内PLL模块，在分频器模块的作用下产生片内需要的各种时钟信号。

3.1.2 复位电路

向STM32复位引脚持续输入5个以上的振荡周期，可以使STM32内部寄存器恢复初始值。

3.1.3 电源供电

向STM32提供稳定直流电压。

3.1.4 外接串口电路

开发环境直接通过串口调试、下载数据、烧录程序到STM32单片机。

3.2 温度传感器模块电路

温度传感器DS18B20采集仓库环境的温度，由于温度的升降导致电阻发生变化，将这一变化相应转成电压变化，经A/D转化器转化后，传输到STM32单片机，再经过校正、查表得到实际测量的温度值[6]。DS18B20有三个引脚，GND(接地)、I/O(数据输入/输出)、VDD(电源)，主要由温度采集器、配置寄存器、ROM、温度报警触发器等四部分组成。数据信息传输只通过一根I/O线进行，读取温度信息要经历三条指令，第一条发送复位指令，第二条发送ROM指令，第三条发送RAM指令。温度寄存器的数据以补码形式存放，补码值乘以0.0625获得实际温度值。