南华大学电气工程学院课程设计（论文）
系统。文中传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了基于单片机STM32F030,TM4C123GH6PM和温度传感器DS18B20的温度监测系统的设计方案与软硬件实现方案。系统包括数据采集模块，单片机控制模块，无线传输模块，显示模块和温度设置模块，驱动电路六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。本设计应用性比较强， 系统稍微改装可以作为生物培养液温度监控系统，可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。
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1 综述
1.1项目设计的内容
本设计是基于单片机的无线温度监控系统，经过大量查阅资料和研究，最终确定采用STM32F030C8T6为从机主控芯片，TM4C123GH6PM为接收机的主控芯片，DS18B20作为温度采集芯片，NRF24L01作为无线接收和发射模块，采用LCD1602液晶屏进行显示。该系统由发射系统和接收系统组成，发射系统进行温度采集以及数据发射，接收系统作为主系统，对数据接收处理并显示出来。该系统具有温度过限报警功能，设有4个独立按键，分别进行温度高低限定值的选择、设定，清除报警声和报警灯。该系统具有操作方便，远距离操控，功能多样，电路简洁，成本低廉等优点，符合电子技术的发展趋势，有很广阔的市场前景。 经过设计和一系列的调试，测试结果基本达到了该设计预期制定的各项要求，顺利地完成了本次课程设计的目标。
1.2设计要求
（1） 实现多点温度监控，动态添加从机。
（2） 接收系统显示实际温度值，收发距离：150米以内。 （3） 可以人工设定报警温度上下限定值。 （4） 超过温度限定值是蜂鸣器报警。
1.3系统基本方案选择
1.3.1单片机选择
从机和接收机我们采用了两种不同的单片机。鉴于ARM单片机在的广泛使用，从机我们采用的是意法半导体公司生产的Cortex M0内核的STM32F030C8T6 32位单片机。接收机我们采用的是德州仪器公司生产的Cortex M4内核的TM4C123GH6PM 32位单片机。两者速度均高于传统的8051单片机，功能更强，
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便于以后对系统功能的扩展。
1.3.2 温度传感器的选择与论证
方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路，增加了线路的复杂程度，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。因此此方案不可行。 方案二：采用DS18B20。DS18B20的数字温度输出通过1-Wire总线，又称为“一线”总线，这种独特的方式可以使多个DS18B20方便地组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合提供了更大的可能性。它在测温精度、转换时间、测数距离、分辨率等方面比其他温度传感器有了很大的进步，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20直接输出数字温度值，不需要校正，因此选择此方案。
1.3.3 无线收发模块的选择与论证
方案一：采用TX315A-T01和TX315A-R01的无线收发模块。应用目前最先进的声表面波器件和数据专用ASK超外差式单片接收电路开发生产了TX315系列模块电路，其中含有RF、TF、DATA等高频、中频、数字处理电路。TX315A可应用于无线遥控、数据传送、自动抄表系统、无线键盘操作系统、警戒系统。TX315A由TX315A-T01发射组件和TX315A-R01接收组件两部分组成，因其频率绝对一致，故在使用时可随意增加发射和接收组件，以组成所需的功能系统。此系统用此模块很好，但是这个模块的价格太昂贵，所以放弃此方案。
方案二：采用一对NRF24L01作为无线收发模块。NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型Shock Burst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便，而且价格相对其他无线模块较低，易
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于购买，因此选择此方案。
1.3.4 显示模块的选择与论证
方案一：采用数码管显示，成本低、亮度高。但本系统所要实现较多的内容，硬 件电路设计会比较复杂，而且功耗大，所以不适合本设计。
方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管成，对于显示文字比较适合，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。
方案三：采用LCD1602液晶屏显示，显示内容较多，方便组合，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省软件中断资源。系统中需要显示温度和上限温度等信息，要求显示内容丰富。
比较上述三种方案，方案三电路简单、显示信息量大、能很好的满足题目要求，因此接收机采用方案三，从机采用方案一。
1.3.5 报警模块的选择与论证
方案一：采用555定时器构成蜂鸣器，常用于定时报警，非常实用，其时间可控， 但本设计报警时间是随机的，取决于试验现场的温度，因此不可行。 方案二：采用9102三极管驱动蜂鸣器，当达到温度上下限值，就会给三极管一个高电平驱动蜂鸣器，实现声音报警，并且可以接个发光二级管，同时点亮二极管，实现发光报警。此方案实行起来方便，电路也简单，因此选用此方案。
1.3.6 电路设计方案的最终确定
由以上讨论的各种方案最终得出本次设计的方案为：采用单片机芯片STM32F030C8T6和TM4C123GH6PM作为主控制芯片，DS18B20数字温度传感，NRF24L01作为无线收发模块，LCD1602作为接收机显示模块，数码管作为从机显示模块，采用蜂鸣器声音报警。
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