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摘 要

本文设计了一款基于Android平台的远程温度监测系统的客户端。主要运用了STM32F103ZET6单片机、DS18B20温度传感器和HC-06蓝牙无线通信设备以及Android平台开发等技术。该系统以STM32F103ZET6单片机为下位机来控制部件,DS18B20传感器来将温度数据收集起来，再通过HC-06蓝牙将温度数据传输到智能手机上。此外,该系统采用超低功耗的设计，硬件本身只需要一颗纽扣电池即可。对于硬件方面,有3个部分,包括无线蓝牙通信模块HC-06，温度数据采集电路DS18B20，以及串行通信模块。最后由上位机来控制软件，以达到课题的要求。测试结果表明,该系统能够稳定运行,且操作简便。它可以实时测量温度并且以低功耗的方式可靠的传输无线数据。

关键词:STM32F103ZET6单片机； DS18B20温度传感器；HC-06蓝牙无线通信：Android技术开发。

The remote temperature monitoring system based on Android platform client design

ABSTRACT

This paper designed a remote temperature monitoring system based on Android platform of the client.Mainly use the STM32F103ZET6 MCU and DS18B20 temperature sensor and HC - 06 blue-tooth wireless communications equipment and technology, such as Android platform development.STM32F103ZET6 single-chip microcomputer as the system under a machine to control components, DS18B20 temperature sensor to the data collected, again through the HC - 06 blue-tooth temperature data transmission to the smart-phone.In addition, the system adopts ultra low power design, hardware itself, you just need a button battery.For hardware, has three parts, including wireless blue-tooth communication module HC - 06, DS18B20 temperature data acquisition circuit, and the serial communication module. Finally by the upper machine control software, in order to meet project requirements.Test results show that the system can stable operation, and easy operation.It can real-time measurement of temperature and reliable wireless data transmission in the form of low power consumption.

Keywords: STM32F103ZET6 micro-controller; DS18B20 temperature sensor; HC - 06: blue-tooth wireless communication technology of Android development.

第一章 引言

1.1选题背景及意义

在现如今人们的生活出行中，工业生产制造以及制冷制热领域等，作为环境的重要因素之一的温度参数，被作为一项必要的参考系数而广泛的来考虑，从而确保生产和生活中的各项工作都可以正常运行起来。例如：火灾火情的预警，温室大棚的温度实时监视测量，冷库或者锅炉的温度可以实时进行调节甚至日常居家中的气温实时报导等等，这些都和远程温度监测有息息相关的联系。于此同时作为一种必要参数，温度不仅在工农业的控制方面上发光发热，而且就算是在当今的监测技术领域中也时常扮演着至关重要的角色，为生产出的产品的质量，节约能耗甚至是安全领域都提供了必要的保障。因而以温度为参数基础而设计出来的温度监控系统就被广泛得开发和运用起来。然而我们使用传统方式上的温度计技术来采集温度的话，不但采集的精度低，实时性能差，而且采集时人员的劳动强度也高，不利于推广和使用。此外，由于有环境因素的作用导致了数据难以采集起来的问题也相当普遍。例如在工厂或者火灾等现场，工作人员并不可以长时间停留在现场进行采集和观察工作。这就需要实现一种能够将数据采集起来并且可以将其传送到某个地方来进行集中处理的技术，以此来实现节省人力又提高效率的功能。但此时又会产生传输数据异常的问题，因为工厂的厂房比较大，需要进行传输的数据太多，运用传统意义的传输方式很容易造成资源的浪费而且可操作性太差，精度也不是很高。这些问题都会在一定程度上限制温度采集和传输工作的进行与开展。因此，高精度低成本而且实时性好的温度监测技术就有待人们来开发。

市场决定技术的发展，技术又引导了产品的开发，在这样的一种环境之下，与温度监测有关的电子产品的发明就成为了当今研究的重点。

若要运用一种日常生活中常常使用的电器来实现这个技术的话，那就不得不说非手机莫属了。手机作为接收信息的媒介不仅可以方便高效的对测控地点进行24小时监控而且还不会轻易的受到当地环境因素的影响。伴随着Android的技术开发在电子市场中日益受到人们的青睐，而且再加上开源提供的开发工具是完全免费的，又有丰富的应用程序储量，这势必将会使远程测温这一新型产业更上一层楼。

同时，伴随着单片机技术的日渐成熟，应用范围也在逐渐扩大的同时，以单片机技术为核心的控制系统就逐渐被人们应用到了生活的方方面面，这样一来不仅克服了温控系统中存在的严重时延的问题，从而节省了人力也提高了采样得频率，而且在极大程度上也提高了控制的效果和控制的精度。但是传统的基于单片机技术和PC服务端技术的温控系统之中，又由于设备现状等方方面面的因素，单片机的移动性和灵活性就不得不受到大大的质疑，人力以及时间的花费也将是一笔不小的数目。为了让这些传统方式操作中的弊端得到解决，从而让使用者可以运用他们日常生活必备的智能手机就可以时时刻刻查询到当天气温或历史气温曲线图。所以，本文就大胆的提出了一种通过Android平台来完成远程温度监控系统的设计方案，如果该系统能够得到完美实现，那么使用者们将可以足不出户的了解到他们想知道的关于温度的信息。

1.2课题关键问题及难点

本课题的难点在于不仅要克服传统意义上的温度查询系统中所存在的弊端，例如移动性差，费时费力，灵活度低，精度低，劳动强度高等等，还要结合当今最为流行的Android手机应用程序客户端开发平台以实现远程温度监控的功能。目前，很多的需要进行温控的环境都是彼此相距甚远的分布的，传统意义的现场总线技术的温度监控系统由于存在传输距离有限甚至是布线复杂的问题并不能满足现如今的需求，并且将远程移动终端运用到工农业生产作业当中的技术研发尚在萌芽阶段，还不是很成熟。所以利用身边最常见的手机并结合传统的测温方法来实现我们想要的功能，就成为了由“萌芽”转变成“蓓蕾”的关键一步。到那时，普通百姓甚至是专业工作人员完全可以在任何的时间、地点了解到任意地区的温度信息，这也将大大降低劳作强度和运行成本，从而提高了监测的水平。

本课题主要需要完成的任务：

1、温度传感器的选型以及温度采集系统的设计；

2、数据库的设计；

3、无线数据的收发；

4、安卓手机客户端的开发。

1.3国内及国外研究现状

测温与温度控制在现如今的工业化控制体系下已经开始发挥越来越重要的作用，单片机这一简单的电子芯片的引入与发展又给现代工业的测温领域注入了新的活力。科学技术的更替使得各领域都开始更加严格的要求控制系统提供更高的精度、更稳定的系统、更快的响应速度以及更强的自适应能力。被测试的对象是否按照线性规律？多参数点测量是否可以强耦合？时变性能否得到控制？现场测量技术能否得到完善？这一系列问题让科研人员很难按照常规的方法去建立起一个被测试对象的精确模型。

电子产品日新月异的更替已经是我们有目共睹的不争事实。这就使得电子技术飞速发展的同时也催化着单片机技术跟着前进。在芯片集成度、运作功耗、运行速度以及产品性能方面都有不小的改进。单片机为核心的控制系统因此越来越受到各大厂商的青睐，良性循环的作用让现代控制技术正朝着智能化、自动化的方向大步挺近着。在很多的自动控制系统中都已经用到了小型机、工控机以及巨型处理机。然而越来越大的内存需求，越来越快的速度要求甚至对于数据存储器的容量，人们都在极力苛求着。这些都使得单片机技术开发所需要的投入和产品的维护成本变得越发昂贵。现今越来越多的小型项目都非常依靠这种低成本的单片机，并不需要用存在大量复杂运算的系统。

随着电子技术有了更高的飞跃之后，现在我们完全有理由相信能够运用单片机技术与温度传感器相结合去进行实地测温了，而且也可以很容易的做到远程的温度检测。STM32F1系列单片机就属于一种中低端的32位ARM微控制器，该系列单片机的芯片是意法半导体(ST)公司出品的，它的内核是Cortex-M3。这种系列的芯片可按片内Flash的大小分成三大类:小型容量的(16K和32K)、中等容量的(64K和128K)、大型容量的(256K、384K和512K)。

俗话说水涨船高，传感器技术也随着单片机的发展红火了起来。应用领域广泛了，势必会让人们对它的要求变高了，甚至需求量也变大了。更不可思议的是“传感器技术”先进与否已经上升为一个国家科技水平是否发达的标杆了。

传感器的作用是将其他各种类型的信号统一转变为电信号，所以专业人员就可以通过电脑以及传感器实现对目标的测量、控制和信息处理一系列的操作。虽说如此，但在实际操作时还是会在不同的程度上受到各种内在外在不足条件的影响。所以说，仅仅掌握各类传感器的结构、原理和性能指标是远远不够的，还必须懂得只有调整好必要的接口电路才能够完美实对信号的控制、处理以及显示要求。另外还必须对传感器及其应用进行实例操作和原理了解，只有做全了以上各步骤并熟练掌握才能够融会贯通的将传感器与信息通信无缝衔接起来，然后延伸到传感器自身的进步；就另一方面而言，由于被测信号是来自于各个领域的，为了生产力和功效的提高各个领域也在研制最佳的传感器。于是乎，琳琅满目的传感器类型及系统就开始呈现出一片兴兴向荣的景象来。因为应用范围广，发展速度快并且具有很大的潜力，温度传感器就成为了发展大军中重要的一支。

由美国DALLAS公司研发生产的单总线型数字温度传感器DS18B20，因为具有体积小巧，封装形式多种多样又使用方便等特点，非常适合被应用于那些需要在狭小空间里进行测温控温的领域；自带双驱动模式使得它的耗电量非常小，独特的串行传输方式使得它能将更多的数据传输到很远的地方去；测量的温度范围及测量精度相比同类型的也是相当有优势，并且可以根据实际需求来进行自由切换，方便各种项目的需求。

1.4 系统设计方案

本次课题需要研发的系统要求从传感器上获得温度数据，通过蓝牙传输技术在Android手机上得到体现，方面每位用户能够在每时每地了解到何时何地的温度信息。查询系统则是采用蓝牙远程传输体系：客户端为Android版智能手机一部，支持通用蓝牙传输功能，从而使手机终端设备可以远程接收到监测点的温度值。处理器端为一台带有温度传感器功能的单片机，部署在监测点的周围，主要负责温度数据的收集，处理和存储，并通过串口与蓝牙端进行通信。

第二章 下位机设计

2.1 STM32F103ZET6单片机简介

STM32F1系列的单片机属于一款中低端的32位ARM微控制器，该系列单片机芯片是意法半导体(ST)公司出品的，它的内核是Cortex-M3。该系列芯片单片机可以按照片内Flash的大小分为三大类:小型容量的(16K和32K)、中等容量的(64K和128K)、大型容量的(256K、384K和512K)。STM芯片也可以根据容量分为三大类：LD(小于64K)，MD（小于256K），HD（大于256K），STM32F103ZET6类则属于第三类。

在所有的STM32F1系列单片机芯片当中，要数STM32F103ZET6的引脚最多，非常适合本课题的使用，所以放弃了MSP420系列单片机。相较于后者，ZET6单片机芯片具有以下特点：

1 以ARM Cortex-M3为核心是一种32 位微控制器,用LQFP-144封装；

2 具有512K 的片内FLASH（相当于硬盘）,64K的片内RAM（相当于内存） ,并且片内FLASH 还支持在线编程功能(IAP)；

3 频率为72M ,通过不同的流水线将数据和指令进行下达,CPU因此能够最大化的得到利用；

4 通过片内的boot区,可以实现用串口来下载程序(ISP)；

5 分别提供8M和32K 频率的片内双RC晶振支持片外的高速(8M)和低速(32K)运转。其中低速晶振可以用于 CPU 的实时时钟,后备电源引脚可用于没电后的时钟行走；

6 具有42个16位的后备寄存器(相当于电池保存的RAM),可以利用外置的纽扣电池来工作，也可以实现没电后的数据保存功能；

7 支持JTAG和SWD两种模式的调试，配合廉价的J-LINK可以实现高速低成本的调试和开发方案；

8 具有多达80个的I/O口(大部分兼容5V逻辑),2个高级定时器,2个基本定时器,4个通用定时器,二路的I2C接口,二路的I2S 接口,三路的SPI接口,五路的USART,,1个 CAN接口和SDIO接口,1个USB从设备接口以及可以兼容NOR，SRAM和NAND Flash 接口的16位总线-FSMC；

9 具有三路共16通道的12位AD输入和二路共2通道的12位 DA 输出，并且支持片外的独立电压基准；

10 其CPU的操作电压范围为2.0-3.6V。

2.1.1 单片机内部设计及连线图

下面的几个图表就是本次课题设计中，单片机的电路图以及使用情况。

图2.1 本课题中STM32F103ZET6总体设计图

图2.2 I/O口JP5电路设计图

图2.3 I/O口JP1电路设计图

图2.4 外接电源电路设计图

图2.5 内部复位电路、LED电路以及中断按键电路设计图

图2.6 单片机JTAG图

2.2 DS18B20温度传感器

2.2.1 DS18B20传感器简介

为达到高质量的测量精度，传统的模拟信号温度监控系统需要花费大量精力来解决引线误差补偿和测量环境误差等技术性问题，这样一来，无疑成了事倍功半吃力不讨好的苦差事。因此，设计出具备较强抗干扰能力的新型数字温度传感器，就成了当下最行之有效的方式。

由美国Dallas公司最新研发的DS18B20数字温度传感器是继老版DS1820之后更新的增强型单总线温度传感器，它具有高精度、小体积、宽泛的适用电压以及能实现多点组网等优点，实例操作得出的测温效果以压倒性的优势取得了社会各界的一致认可。与它相比，传统类型的热敏电阻并不具有根据实际要求设置转换精度以及能够直接将温度值转换为数字量的特点。传感器采用的是单总线技术，而且在出厂时每一台设备都标识了唯一的序号，因此在同一条单总线上可以有多个DSl8B20传感器同时工作，从而实现了多点组网的功能，这样一来不仅节约了成本还方便了设计，一举两得。在设备的温度监测以及建筑物的探测等方面这一特点都发挥了巨大的作用。

DS18B20传感器有如下特性：

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