摘要
随工农业现代化技术的不断发展，温度作为其中重要的角色，越来越引起人们的注意，而温度如果有一定的偏差，就会影响工农业在生产时产品的质量，且人们也不能一直盯着温度测量仪器。而本次论文所做的系统就是有关温度采集和报警的。此次设计介绍了有关无线温度采集报警系统的现状，因为工业上需要的温度多变性和农业需要温度的稳定性，设计了这个系统，这个系统能将温度进行无线传输并显示报警。本次论文设计了温度采集报警系统。所需要的核心芯片是STM32F103系列的单片机。硬件模块包括无线收发模块，显示模块，温度采集模块，报警模块和电源模块，软件部分主要分为主程序设计，从机程序设计等。本次设计的系统是将传感器采集的温度数据进行处理，经过无线传输传输数据，然后显示报警，而且报警也在一定区域内，这个区域可以进行微调，只要不在这个区域内就鸣叫，有效解决了有线传输时候的繁杂，不用许多数据线。本次设计拿温度作为目标，运用了关于无线通信的理论，而在温度采集并实现报警后，进行调制，可以为工农业产品的质量打下一个良好的基础。
关键词：单片机；无线；温度采集；报警
1 系统方案分析与选择论证
1.1 系统设计要求
根据系统的应用环境，具体技术要求如下：
a.小尺寸。该系统主要用于短距离无线数据通信，需要尽可能地控制系统的规模。如果它太大，它将占据无意义的空间。同时，紧凑型的设计可以在系统的基础上再加上其他更多的外围设备，以便于今后系统的扩展和优化。
b.可靠的传输。该系统的主要功能是无线通信，不同于传统的有线通信。当数据通过电磁波传输时，会出现一些安全问题。因此，为了安全可靠，设计一个完善的系统是非常重要的。另一方面，空气中存在着大量的电磁干扰，因此系统需要具备一定的抗干扰能力。
c.低成本。系统功能的实现并不困难，也不需要使用昂贵的组件和模块，因此我们在满足系统需求的前提下，尽量节约成本，使其更具竞争力。
1.2 主控芯片方案
方案一：主控芯片采用传统的AT89C51系列单片机，不用太多钱，不是特别大，操作容易，工作时需要的能量少。
方案二：主控芯片采用ST公司生产的STM32F103单片机。芯片主频达到72MHZ，能够在8个定时器和计数器当中选。它功能多用，处理速度迅速，数据接口多，性价比高。它对单片机的发展起着重要的作用。
为了让本次的数据更加准确，在实验过程中更加稳定，方案二的芯片更加适合本次实验
1.3 无线通信模块方案
方案一：通信采用GSM模块。手机卡是该模块要求的，传输信息也要使用移动卫星或基站。虽然可以来回传送许多的数据内容，传输距离也很长，可它需要有SIM卡。通信过程不仅成本高，而且软硬件设计复杂。
方案二：通信采用蓝牙模块，它主要采用串行口进行数据传输，而串行口相对容易被其他设备连接，容易干扰数据。
方案三：通信采用nRF24L01射频模块，工作时需要的能量低，价格低。同时采用SPI总线通讯方式，操作简单。将以上对比，选第三个。
1.4 温度传感方案
方案一：采用美国ANALOG DEVICES公司的AD590。它有准确、低廉、线性度好等特点，广泛应用于各种温度控制场合。但辅助测试还需要其他元件，电路设计也有点麻烦。
方案二：采用美国公司生产的DS18B20可联网数字温度传感器芯片。该模块结构紧凑、性价比高、很容易就能连接硬件、实用性强，单线总线方式被它使用，以至于它传送数据内容变得容易。
在电路设计中，若采用DS18B20，相关硬件电路设计简单，编程容易，而AD590则要有别的辅助电路，电路复杂，编程不容易。而想到本次设计的温度指标，方案二的DS18B20可以基本达到需求，因此选它
1.5 显示模块方案
方案一：采用LCD1602显示信息，LCD1602通过总线方式传输数据。控制简单，但显示内容相对单一。
方案二：采用LED七段式数码显示管控制。一个数字显示管需要连接多个管脚。同时，它占用了主板的空间，显示内容简单。
方案三：采用OLED显示，显示模块体积小，价格便宜，显示精度高，可以翻页显示更多内容。
考虑到本次毕业设计的要求，需要展示的内容较多，对显示速度和精度要求较高，所以采用方案三。
2 系统硬件电路设计
系统包括主机和从机，主机拥有无线发送模块，无线接收模块，显示模块和报警模块；从机拥有温度采集模块，无线发送模块，无线接收模块和显示模块
2.1 主控芯片最小系统引脚
我们以STM32F103系列单片机作为控制核心，它的优胜在于它的性价比高、功耗低、处理速度快、功能强大，主频达72MHz的同时，也能够在8个定时器、计数器中选择。nRF24L01模块是本系统的主要配置，选择发送的数据的时候，对已经收到的数据进行校验和解码，并将发送或接收的数据和其他有效信息控制显示在OLED显示屏。
2.2 无线收发模块
SPI是串行外设接口（Serial Peripheral interface）的缩写。它应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，A/D转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI有高速，全双工，同步的性能，与它连接的芯片管脚不用大量，因为它只占用四根线，在PCB的布局上，占空也不太多，比较便利。就是这简易而且方便使用的特性，如今通信协议一日比一日多的集成在芯片上，SPI接口也有许多在STM32上。构成该模块的nRF24L01是由Nordic公司生产，SPI通信被它采用，点对点或是1对6的无线通信它都可以实现，2Mbps是它无线通信时能达到的高峰。工作时需要的能量少，传输迅捷，不易被干扰，系统花费不多，近距离通信很好。这些是蓝牙通信不能达到的。2.4GHZ是nRF24L01无线模块工作频段，该模块的工作方式主要有4种，由此进行节能设计在一定程度下更便利。而工作方式的选择一般靠对几个寄存器的改变来实现。在实际应用中，需要对模块内部参数进行配置后，才能正常工作，使其无线收发。nRF24L01的具体硬件连接图如图3-4所示。实物模块如下图3-5所示。对于nRF24L01模块，其中2个引脚是电源输入；3个引脚是为了模块与单片机之间进行SPI通信，而另外三个引脚则是对模块进行相关配置需要的输入口。在软件设计时，需要对这些引脚进行初始化，使单片机使能引脚，再对相关函数进行初始化。
3 系统从机程序流程设计
对于系统的从机程序设计，主要是对于温度数据的处理与发送。总体思路与主机程序类似，首先对于单片机与OLED显示屏还有DS18B20温度传感器进行初始化，将无线模块设置为发送模式，之后由单片机读取温度数据，经过处理后显示在OLED上并通过nRF24L01无线传输模块发送出去。
4 无线模块软件流程设计
对于nRF24L01无线模块，并不像串口那样通信简单，对于其内部的寄存器需要配置好，才能实现具体的功能，不然只会出错。当发送数据时，首先需要将模块设置为发送模式，即配置TX_Mode，然后将接收处的地址与需要发送的数据写入缓冲区，之后将CE置为高后，就将数据包发出，此时发送端会进入接收模式，如果接收到应答信号，则此次发送数据成功，同时模块就会进入空闲模式，直到下次需要发送数据。否则会自动进行重发，直至达到最大重发次数，产生中断，通知单片机。
接收数据时，首先还是需要将模块配置为接收模式，即配置RX_Mode，此时就设置好了接收端的地址。然后等待数据的到来，此时就是类似于空闲模式，而当收到数据包后，首先会对相关的地址数据进行解析，只有当地址匹配时，才会将之后的数据包存入缓存区中，同时转变为发送模式，回传应答信号。这样就完成了一次数据包的正常通信。
5 结论
温度是工业、农业生产离不开的物理量，它也是不断变化的，有的很高，有的很低，导致人们要控制温度。无线温度采集报警一直是单片机甚至是日常生产生活中十分常见的领域，除了在生活中人们十分常用以外，生产中也是逐渐融入无线通信的内容。本系统设计的基于单片机的无线通信系统就是一个典型例子。本系统主要是采用了温度这一物理量来作为传输数据，是因为温度无处不在，无论是在日常生活或者是在工业生产上，都起着至关重要的作用，同时温度也是比较容易获取的物理量，而本系统的主要实现功能还是数据的无线通信，由此也产生过许多麻烦，所幸还是全部解决了。
本次设计主要是将采集过的数据进行处理传输，主要是设定一定的上下限值，如40度和15度等，如果不在限定值间，就会进行显示报警。本系统优点显著，不仅不需要许多数据线，也可以将人们从糟糕的生产环境中解放出来，成本不需要太高，维护是费用也低。但是它缺点也有，就是传输数据的速度可能会慢，还有它传输的距离不够长。对于传输速度慢这种情况，可以去除周围一些干扰信号的物品，或者加强它的信号强度；对于传输距离不够，可以运用无线室外桥接来增加。通过这次的学习与设计，学到了许多东西，例如对于温度传感器的应用，无线传输模块的使用以及无线传输数据出现问题时应该如何解决等，这些对于理论知识来说是完全不够的，是需要不断具体的实践与应用的，再次印证了只有实践才能出真理。与此同时，本系统设计也还具有一些不尽人意的地方，需要不断改进。