单片机实物成品-009 温度控制系统水温控制系统

温度控制系统水温控制系统（温度 +排风+加热片+自动模式+手动模式+阈值设置+wifi传输控制+送APP源码 ）

本项目以软硬件结合的方式，选择C语言作为程序硬件编码语言，以STM32单片机作为核心控制板，在数据传输节点上连接温度传感器对环境温度进行实时检测，且根据温度的高低实现自动调节，并将数据通过WIFI无线通信技术传输至上位机，实现环境温度的24h远程监控，达到全自动的智能化管理目标。

成品展示：

功能简介：

 1.STM32F103C8T6 单片机进行数据处理 

 2. OLED 液晶显示空气温度实时数据。 

 3. DHT11（DS18B20）温度传感器检测当前温度

 4.第一个按键：切换模式 自动模式/手动模式/阈值设置模式 

 5.手动模式下 第二个按键切换选中某个设备 第三个按键打开和关闭选中的设备 

 6. 阈值模式下第二个按键切换选中设置某个阈值  按键三 加  按键四 减

 7. 温度高于设定的阈值时，继电器外接排风设备打开   进行排风  低于阈值时 关闭排风设备 停止排风

 8.温度低于设定的阈值时，继电器外接加热片设备打开 进行加热  高于阈值时 关闭加热设备 停止加热

 9.WIFI 模块ESP8266 无线传输数据到APP进行显示

 10.APP 可以远程控制排风设备和加热设备的开启和关闭 

 11.APP 可以远程设置阈值

论文目录展示：

第一章 绪  论  

1.3 主要研究方法

1. 文献调研法：这是一种资料收集方法，通过官方网站、图书馆等途径去查阅相关课题的文献、学术报告以及行业标准等，了解目前该温度控制系统的研究背景、国内外研究现状、发展趋势、未来市场等，为课题的设计提供有效的理论依据和技术指导。

2. 实地调查法：对现有的相关产品进行了解，例如通过对不同品牌、不同型号的温度控制设备进行实践和研究，分析不同产品的优劣，总结问题，根据问题作出改进，从而制定大概的系统需求。

3. 系统设计方法：根据整理得到的基础资料和大概需求，设计系统整体的架构和功能模块，并根据各个模块的需求，筛选合适的硬件元器件，包括单片机、传感器、报警设备、执行器等，得到具体、详细的方案设计。

4. 系统集成方法：将划分好的模块进行统一、集成，形成完整的温度控制系统，验证各个模块之间是否成功建立通信，数据和指令是否成功、正确的传输等。

1.4 论文组织结构

本温度控制系统论文的组织结构分为六章。

1. 第一章是论文的基础介绍，包括系统的研究背景、意义，相关领域上的国内外研究现状，以及本温度控制系统的主要研究方法；

2. 第二章是对本温度控制系统的方案进行分析，包括对各个功能模块的划分、元器件的选择，以及总体框图的绘制等； 

3. 第三章是对本温度控制系统的硬件电路进行详细介绍，说明各个功能模块的电路连接方式，以及数据的交互情况，能够清楚程序电路是怎么运行的，电平是怎么传输的；

4. 第四章是对本温度控制系统的软件部分进行详细介绍，对各个功能模块的实现逻辑、流程进行说明，并绘制出对应的流程图进行解释；

5. 第五章是对本温度控制系统的软硬件部分进行调试与实现，包括介绍系统的测试目的与方案，系统软硬件的用例测试，以及实物运行效果；

6. 第六章是对本温度控制系统论文的总结与展望，总结出本系统的优势与弊端，以及未来需要调整的方向等。

第2章　系统总体设计

2.1 方案分析

本项目以软硬件结合的方式，选择C语言作为程序硬件编码语言，以STM32单片机作为核心控制板，在数据传输节点上连接温度传感器，对环境温度进行实时检测，且根据温度的高低实现自动调节，并将数据通过WIFI无线通信技术传输至上位机，实现环境温度的24h远程监控，减少人工干预，有效保障环境安全，优化产品质量，推动科技进步。包括了主控模块、传感器模块、按键模块、执行模块、显示模块、通信模块。

其中，主控模块作为设计的核心，能够进行指令的发送、接收，以及对数据的运算处理；传感器模块能够采集环境温度数据；按键模块能够实现程序的人机交互，可以使用按键来设置温度上下限的阈值、切换功能模式、手动控制执行设备；显示模块是将程序的监测数据、设备状态等相关信息显示出来提供给人员查询，从而提高了程序的互动性；当监测到环境温度高于阈值上限的时候，会驱动执行设备风扇进行降温；当监测到环境温度低于阈值下限的时候，会驱动执行设备加热片进行升温，从而实现环境温度的自动调节；在通信模块中，可以实现上下位机的交互，对环境温度进行远程监控。因此，本温度控制系统的总体框图如图2.1所示。

图2.1 程序总体框图

在上位机中，可以实现数据的双向交互，不仅可以接收传感器监测到的环境数据，还可以切换程序的功能模式，设置温度的上下限阈值，控制各项执行设备等，从而达到远程监控的目的，实现温度的智能化调节。其上位机的功能框图如图2.2所示。

图2.2 上位机功能框图

第3章　硬件电路设计

3.1 主控模块电路设计

单片机是一种微处理器，而STM32单片机是一种32系列的微处理器，是硬件程序的核心控制，能够向程序发送指令、接收指令，并控制外设作出一定的反应，同时能够对程序的数据进行计算处理，得到运算结果。STM32单片机分为了Cortex-M0、M3、M4 和M7四种类型。常用的STM32单片机是以Cortex-M3为内核的，其架构包括了Lcode总线、4个驱动单元、4个被动单元、总线矩阵以及AHB/APB桥这几个部分。

Lcode总线是程序的接口向量，负责完成指令预存；4个驱动单元包含了Dcode总线、系统总线、通用DMA1总线、通用DMA2总线，其中Dcode总线负责连接闪寸的数据接口、系统总线负责协调DMA的访问、通用DMA1总线负责AHB主控接口与总线矩阵连接；4个被动单元包括内部SRAM、内部FLASH、FSMC、从AHB到APB的连接APB设备；总线矩阵是负责来协调系统总线与DMA主控总线之间的访问，而AHB外设依靠总线矩阵和系统总线连接，并且允许DMA访问；AHB/APB桥主要负责同步连接。其应用十分广泛，在建筑、安防、消防、智能家居、工业自动化等领域。

本温度控制系统的主控模块选择的是STM32F103C8T6型号的单片机，其电路设计如下图3.1可示。该型号的芯片内集成了各种电路，由电源电路、复位电路、ADC转换电路、时钟电路等部分组成。其中，电源电路负责为整个系统提供供电电源，本STM32F103C8T6芯片规定供电电源为3.3V，在38管脚接入，由于本系统的一些外设需要5V的电源，所以在STM32F103C8T6芯片的18管脚接入了5V电源并通过内置的稳压芯片将其转换为符合STM32F103C8T6芯片要求的3.3V；复位电路是为程序提供的初始化功能，如果要重新进行启动，可以通过复位电路的按钮来操作，从而达到了初始化整个程序的目的；ADC转换电路负责将各传感器采集到的数据信号转换为STM32F103C8T6芯片可以进行处理和计算的数字信号；时钟电路内置了震荡芯片，来对程序的运行进行计时处理，保证程序可以按照一定时间顺序进行运行。主控模块的芯片具有一体化、简易化、灵活化的特点，该电路中的其余管脚和接口用来负责连接各项执行器、通信设备、传感器设备等，实现信号通信。

图3.1 主控模块电路设计

第4章　系统软件设计

4.1 编译语言和环境

C语言是所有计算机语言中的基础，C生万物，也是所有程序员学习编程的第一门语言，它在1972年的时候由丹尼斯·里奇和肯·汤普逊在开发。C语言虽然原始，但是它保留了很多优势，所以直到现在也被很多人使用，首先，它在设计上具有自顶向下的特性，能够对程序进行结构化和模块化设计；其次，在编码过程中，它具有高效、快速的特性；然后，C语言程序还可以在不同的操作系统上运行，只需要稍作修改进行适配即可，具有可移植性、兼容性的特点，如果程序员需要更换设备进行编码，会很方便；最后，C语言也是一款面向程序员的语言，程序员可以直接通过C语言来访问硬件、操作内存中的位信息等。

本温度控制系统属于一款硬件程序，硬件的开发是通过在Keil平台使用C语言进行编码，来实现硬件各功能模块，包括传感器的工作代码、单片机的工作代码等，所以本系统的关键开发技术是C语言。

Java语言nengg对本系统软件部分各功能进行编译的技术，本系统的上位机终端通过手机App实现，让操作人员可以在手机App上实现远程监控。Java是一种面向对象的编程语言，主要用作软件程序的开发，它在C语言的基础上，更加简单上手。Java的编程环境包括JDK、JRE、JVM，其中，JDK是Java程序的开发包，也就是Java程序的开发环境，也是整个Java程序的核心，在JDK中，包含了很多Java API，程序员在开发的时候可以直接调用使用；Java程序开发和运行所需要的条件是不同的，而JRE是Java程序的运行环境，但是在下载JDK的时候就包含了JRE，所以不再需要额外下载安装JRE；而JVM是指Java虚拟机，是一种虚拟处理器，解决Java编译器和操作平台之间的问题，从而实现Java程序跨平台。这三者的关系为JDK包含JRE，JRE包含JVM。此外，Java技术可以应用于Android App中，在本系统的软件开发中，虽然是以手机App的形式进行操作使用，但代码仍然是使用Java语言所编写。并且选择IntelliJ IDEA开发工具，能够进行代码自动提示、分析，能够为程序员节省很多开发时间。

4.2 主程序设计

本温度控制系统的主程序设计流程为：首先初始化程序各功能模块，并通过ESP8266模块建立上下位机的连接，通过按键或者手机App来设置温度阈值的上下限，确认后启动程序DHT11传感器设备开始采集环境温度信号，并将信号进行AD数模转换为数字信号显示到OLED显示屏上，同时发送给上位机。程序会根据采集到的信号进行判断是否符合要求，若不在要求范围内，由主控模块自动启动执行模块，实现温度的自动调节。此外，也可以通过按键和手机App来进行手动改善环境温度操作。其主程序设计如图4.1所示。

图4.1 主程序设计流程图流程图

第5章 系统实现与调试

5.1系统实现

5.1.1 系统硬件实现

本温度控制系统的硬件部分，由主控模块、传感器模块、按键模块、显示模块、执行模块、通信模块组成。其中，主控模块使用STM32F103C8T6型号的单片机MCU，能够成功的向各个外设发送、接收程序指令，并对数据进行逻辑运算和处理；传感器模块由DHT11传感器完成，通过与主控模块上的引脚接口进行连接，实现数据传输和控制，能够成功采集并转换环境的温度数据；按键模块由四位按键实现，每个按键对应了不同的功能，通过按下按键触发电路闭合，满足电流通过条件，实现人机交互；显示模块使用OLED显示屏来将采集到的数据等显示读出；执行设备包括两个继电器，连接风扇和加热片，分别对应了不同的操作，可以根据传感器模块的检测情况作出及时反应，从而实现环境温度的自动调节；通信模块使用了Esp8266模块，建立了系统软硬互通的桥梁，完成上下位机的数据交互，为用户的远程监控提供了基础。

综上，本温度控制系统的硬件部分实现界面如下图所示。

图5.1 系统硬件实现图

5.1.2 系统软件实现

本温度控制系统的软件部分，以手机App的形式展示。包括数据查询、设置温度阈值、切换功能模式、以及手动远程控制风扇、加热片的开关，以实现环境温度的24h远程监控。首先，使用手机App与程序硬件连接，在界面顶部，可以在查看到环境的实时温度数据。可以在界面中部，可以控制不同执行器的状态，最后可以分别设置温度阈值的上下限。其软件界面实现如图5.2所示。

图5.2 系统软件实现图