基于STM32的液态金属的无线温度监测装置设计与制作

2019-11-08何景峰

数字通信世界 2019年10期

陈刚，刘杰，何景峰

（西京学院，西安 710123）

1 方案论证与设计

本设计是以STM32F103VET6单片机为控制核心，通过液态金属传感器来不断监控温度的变化，并且将监测到的温度数据传输给监测端的CPU控制中心（即单片机STM32F103VET6），然后STM32F103VET6再次将接收到的数据传输给监测端的NRF24L01无线传输模块的从机，数据再经过NRF24L01无线传输模块的从机传输给接收端的NRF24L01无线传输模块，待接收端NRF24L01无线传输模块接收到数据的时候，再次将数据给予接收端的单片机STM32F103VET6，再然后单片机通过驱动ILI9341液晶显示屏和ISD1820 语音播报模块来进行数据显示和数据播报，并且在显示模块上显示温度变化曲线。

2 硬件设计

基于液态金属的无线温度监测装置从硬件上分为监测端和接收端，监测端可以通过无线模块同检测端进行通信。

液态金属温度传感器的制作主要包含以下几个流程：①在PT100热电阻的两个引脚的两端焊接上细微导线；②将焊接了导线的热电阻插入按照比例裁剪好的并且封好头的不锈钢管中注入选定好的液态金属作为绝缘抗辐射材料；③进行常规的绝缘测试；④放置一夜之后，将导线的另一端接上提前选定好的温度变送器（焊接有STM32F103VET6和监测端NRF24L01无线模块）；⑤进行常规的精度检测；⑥然后按照常规的温度传感器的正常封装。

采集端主要包括液态金属温度传感器、数据处理分析模块、监测端无线传输模块、供电电源模块。

数据采集模块采用的是液态金属温度传感器进行采集的，所以硬件方面就包括液态金属温度传感器与稳压模块的接线，液态金属温度传感器与STM32F103VET6模块的接线。

数据处理模块采用的是单片机STM32-F103VET6，单片机与稳压模块连接的引脚是VBAT、VDD_1、2、3；

单片机STM32-F103VET6的引脚A4、5、6、7、8、9与监测端NRF无线传输模块的 SCK、MISO、MOSI、CE、CSN 、IRQ一一对应连接。

监测端NRF无线传输模块是用引脚VDD与稳压模块连接。

接收端硬件主要包括接收端NRF无线传输模块、STM32-F103VET6数据转换模块、ISD1820语音播报模块、ILI9341屏幕显示模块等组成。监测端NRF无线传输模块是用VDD直接与探索者开发板的稳压模块连接的，主机NRF 无线传输模块是用引脚SCK、MISO、MOSI、CE、CSN 、IRQ与单片机STM32-F103VET6的引脚 B13、B14、B15、B5、B6、B4连接。

数据转换模块采用的是以STM32-F103VET6主体芯片为的探索者开发板，STM32-F103VET6是用引脚VDD_1、VDD_2、VDD_3、VDD_4、VDD_5、VDDA、VDDA+与电源模块的稳压电路连接。

STM32-F103VET6用引脚B13、B15、C7、B9与ISD1820语音模块的FT、PLAYL、PLAYE、REC等引脚一一连接。

STM32-F103VET6与ILI9341的连接是直接将ILI9341屏幕连接插在屏幕插槽里即可。

3 软件程序设计

因为本次温度监测装置的设计出了液态金属温度传感器外都是基于已知模块的组合及调试，所以程序也是按照模块来区分，并且通过IIC和SPI进行通信的。

主要的是流程是液态金属温度传感器从环境中采集到温度数据之后传输给以STM32-F103C8T6芯片为主要芯片的数据转换与处理模块，然后经过一系列滤波处理之后再传输给NRF24L01无线传输模块，将检测端测量并计算得到的温度值以数字信号传输给监测端的NRF24L01无线传输模块，过后监测端的NRF24L01无线传输模块将数据传输给以STM32F103VET6 芯片为主体的数据转换与处理系统，通过数据转换与处理系统，将其转换为语音信息和屏幕的曲线信息，通过语音模块和屏幕显示模块将其输出，同时将该数据储存在芯片中等测量次数够了三次到五次之后，在屏幕形成临近几次测量数值组成的曲线图，并和STM32F103VET6 芯片中储存的标准温度值范围进行对比，如果测得的温度偏高、或者偏低，便会通过语音模块提醒。

信号采集模块采用的是使用程序IIC 进行模拟通信的，因为温度变送器部分已经直接将测得温度信号转换成了数字信号，所以我们程序部分便是直接将其数据读取出来。

无线传输模块分为监测端和接收端两部分，监测端是进行数据测量的部分；接收端便是进行语音播报、屏幕显示部分的。

监测端部分与STM32F103VET6采用的是SPI通信。单片机要先将NRF 无线传输模块进行初始化：

NRF_TX_Mode（）；配置NRF 无线传输模块为发送模式

NRF_Tx_Dat（txbuf）；开启从机到主机的无线传输模式。

接收端软件模块是由NRF无线传输模块程序设计、STM32-F103VET6数据处理程序设计、ISD1820语音播报程序设计、ILI9341屏幕显示程序设计模块组成。

首先初始化接收端NRF 无线传输模块、然后配置主机NRF无线传输模块的收发模式、然后IIC 开始读取接收端NRF 无线传输模块的数据。

在数据从监测端NRF无线传输模块传输到接收端NRF无线传输模块之后，STM32-F103VET6通过IIC通讯，将数据从接收端NRF无线传输模块读取到自身的寄存器中。

4 结束语

在完成硬件电路的焊接后。首先将接收端STM32F103VET6单片机烧入程序，检验液晶显示有没有问题。再将其中一片STM32F103VET6与ILI9341屏幕显示模块、ISD1820语音播报模块相连，写入测量温度的程序。测试硬件及软件部分是否如同预想的那般。然后将NRF24L01的收发部分同时与两片STM32F103VET6写入发送一个常数的程序，检测收发模块及程序是否成功。最后将显示模块、无线收发模块、温度检测模块程序整合调试出来，最后在屏幕显示模块显示出来。

温度采集端采集温度并发送至接收端，由ILI9341显示当前温度。当检测端传输数据时，监测端接收到数据时，检测端和监测端的信号指示灯都闪烁。如果将温度范围调整为10C至30C时，ILI9341显示当前监测到的温度，如下图所示：当人工设置温度范围为10°到20°时，当前温度超过范围，蜂鸣器报警。