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一、系统整体设计方案

基于STM32的温度采集系统旨在实现多节点、高精度的温度监测，适用于工业环境、智能楼宇、仓储物流等场景。系统采用模块化设计，分为五大核心模块：温度传感模块、核心控制模块、数据存储模块、通信模块及人机交互模块，搭配电源模块保障稳定运行。

温度传感模块采用DS18B20数字温度传感器，支持-55℃至125℃测量范围，精度可达±0.5℃，通过单总线实现多点组网（最多支持16个节点）；核心控制模块选用STM32F103C8T6单片机，凭借高性能处理能力实现多通道数据采集与处理。数据存储模块采用SD卡存储温度数据，支持离线记录功能；通信模块集成WiFi（ESP8266）与RS485接口，实现数据远程传输与设备级联。人机交互模块由TFTLCD触摸屏组成，显示实时温度曲线与历史数据；电源模块采用12V直流供电，经稳压电路输出3.3V与5V，满足各模块供电需求。

二、系统硬件电路设计

硬件电路以STM32F103C8T6为核心，各模块需满足测量精度高、抗干扰能力强的要求。温度传感电路中，16路DS18B20传感器通过单总线并联，每路串联4.7kΩ上拉电阻，总线信号经TVS管（SMBJ6.5A）保护后接STM32的PA0引脚；传感器采用分布式布局，线缆长度可达50米，适合大面积监测。

核心控制电路中，STM32外部配置8MHz晶振与32.768kHz实时时钟晶振，确保定时采集精度；复位电路采用MAX810复位芯片，保障系统稳定启动。数据存储电路中，SD卡通过SPI接口（SCK接PB13，MISO接PB14，MOSI接PB15，CS接PA4）与STM32连接，支持FAT32文件系统。通信电路中，ESP8266模块通过UART2（PA2-TX，PA3-RX）实现WiFi通信；RS485电路采用MAX485芯片，DI/RO接UART1（PA9-TX，PA10-RX），RE/DE接PA1，支持多机通信。人机交互电路中，2.4寸TFTLCD通过SPI接口（DC接PB0，RST接PB1，BL接PB2）连接，分辨率达240×320，支持触摸操作。

三、系统软件程序设计

软件基于STM32CubeIDE开发，采用FreeRTOS实时操作系统，主要包括温度采集任务、数据处理任务、存储任务、通信任务及显示任务，各任务按优先级调度运行。

温度采集任务通过单总线协议轮询读取16路传感器数据，采样周期可设（默认10秒），采用CRC校验确保数据有效性；异常值检测算法自动剔除超出量程或跳变过大的数据（>5℃/s）。数据处理任务对采集数据进行滤波（滑动平均滤波）与温度补偿，计算各节点平均温度与温差，当温度超过预设阈值（可通过触摸屏设置）时触发报警。存储任务将温度数据按CSV格式写入SD卡，包含时间戳、节点编号与温度值，支持自动创建每日文件。通信任务通过WiFi上传实时数据至云平台（支持MQTT协议），RS485接口用于扩展更多采集节点（最多32个设备级联）。显示任务在TFTLCD上绘制各节点温度实时曲线、数值与报警状态，支持触摸查询历史数据与参数设置。

四、系统测试与优化

系统测试分为精度测试与稳定性测试：精度测试在恒温箱内验证-20℃至80℃范围的测量误差；稳定性测试连续运行30天，监测16路传感器数据的一致性与存储完整性。

初始测试发现两处不足：一是长距离传输时单总线信号衰减导致部分节点通信失败；二是WiFi在工业环境下易受干扰，数据上传丢包率达8%。优化方案为：硬件上在单总线中增加信号中继电路（74HC14），每30米增强一次信号；WiFi模块外接高增益天线，通信电路增加π型滤波网络。软件上改进总线通信协议，增加数据重传机制，节点通信成功率提升至99.5%；采用数据缓存与断点续传策略，将WiFi丢包率降至1%以下。优化后测试显示，系统测温精度达±0.3℃，采样间隔误差<100ms，满足工业级温度监测的高精度与高可靠性需求。

该设计的核心优势在于采用STM32的高性能处理能力实现多通道同步采集，结合DS18B20的数字输出特性，避免了模拟信号传输中的干扰问题。系统支持16路温度同时监测，通过单总线组网方式简化了布线复杂度，特别适合工业现场的大面积温度监测。

软件架构基于FreeRTOS实时操作系统，将系统功能划分为多个独立任务，通过信号量和消息队列实现任务间通信，保证了系统的实时性和可靠性。数据处理采用滑动平均滤波算法，有效降低了测量噪声；异常检测机制能及时发现传感器故障或温度突变。

系统具备灵活的通信能力，既可以通过WiFi上传数据至云端平台，也能通过RS485实现本地设备级联扩展；SD卡存储功能确保了数据的离线记录，防止网络中断导致的数据丢失。人机交互界面直观易用，通过触摸屏可实时查看温度曲线、设置报警阈值和查询历史数据。

实际应用中，可根据监测范围调整传感器数量和布局，通过修改软件参数适应不同的采样频率和传输需求，具有较强的通用性和扩展性。




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