TempMonitor — DS18B20 无线温度监控系统

English | 中文

---

🇬🇧 English

Real-time embedded temperature monitoring system based on STM32F103C8T6 + ESP32 + DS18B20 waterproof probe. STM32 reads the sensor, ESP32 creates a WiFi hotspot, and the Android APP displays live temperature — no router needed.

Quick Start

1. STM32: Open firmware/Project/TempMonitor.uvprojx in Keil MDK → F7 Build → F8 Flash
2. ESP32: Open esp32_receiver/esp32_receiver.ino in Arduino IDE → Upload
3. Phone: Connect WiFi TempMonitor (password 12345678) → Install TempMonitor.apk → Open APP

Hardware Wiring

STM32	Connect
PB12	DS18B20 DQ (4.7kΩ pull-up to 3.3V)
PA2 (USART2_TX)	ESP32 GPIO16
GND	ESP32 GND

Features

• DS18B20 waterproof probe, 12-bit ±0.5°C
• Dual-chip: STM32 handles sensor, ESP32 handles WiFi + HTTP
• No router needed — ESP32 creates WiFi AP TempMonitor
• Android APP with live temperature, charts, MAX/MIN, °C/°F modes
• RESTful API for integration
• Bit-banged OneWire driver from scratch
• Cooperative polling scheduler — no RTOS overhead

Architecture

DS18B21 ──OneWire──► STM32F103C8T6 ──USART2──► ESP32 ──WiFi──► Phone
 PB12, 4.7kΩ           72MHz                    Arduino       APP

API

GET http://192.168.4.1/temp → {"temperature": 26.3}

NRF24L01 (Experimental)

The system was originally designed for full wireless via NRF24L01 (STM32→NRF→ESP32). The TX side works; ESP32 RX has SPI stability issues. Driver code preserved in firmware/User/nrf24l01.c.

License

MIT

---

🇨🇳 中文

基于 STM32F103C8T6 + ESP32 + DS18B20 防水探头的嵌入式实时温度监控系统。STM32 采集温度，ESP32 自建 WiFi 热点，手机 APP 直连查看。

---

📖 项目简介

系统采用双芯片架构——STM32 负责传感器采集，ESP32 负责 WiFi + HTTP 服务。两根杜邦线完成串口通信，手机连接 ESP32 热点即可查看实时温度，无需路由器。

🎯 核心功能

• DS18B20 防水探头 — 12-bit 精度 ±0.5°C，可浸入水中测温
• 双芯片分工 — STM32 专注传感器采集，ESP32 专注 WiFi 通信，职责清晰
• 无需路由器 — ESP32 自建 WiFi 热点 TempMonitor，手机直连即可
• Android APP — 实时温度、折线图、MAX/MIN 记录、水温/气温模式切换、超阈值红色报警
• RESTful API — GET /temp 返回 JSON，方便二次开发
• 手写 OneWire 协议 — 从寄存器层面驱动 DS18B20，不依赖第三方库
• 协作式轮询 — 不用 RTOS，基于 DWT 计数的轻量级任务调度

🏗️ 系统架构

DS18B20 ──OneWire──► STM32F103C8T6 ──USART2──► ESP32 ──WiFi AP──► 手机 APP
   ↑                     ↑                        ↑
 防水探头             72MHz 裸机              Arduino 框架
 PB12, 4.7kΩ上拉     协作式轮询              HTTP Server :80

芯片	职责	工具链
STM32F103C8T6	DS18B20 温度采集，每秒发送数据	Keil MDK-ARM v5
ESP32	串口接收、WiFi AP、HTTP API	Arduino IDE

📊 数据流

DS18B20 → STM32 (OneWire) → USART2(PA2) → ESP32 GPIO16 → WiFi → /temp API → APP
  12-bit ADC        printf("T:25.3\r\n")     115200bps      HTTP JSON
  750ms 转换

---

🚀 快速开始

所需硬件

组件	数量	备注
STM32F103C8T6 最小系统板	1	Blue Pill 或类似
ESP32 DevKit 开发板	1	CH340 版本即可
DS18B20 防水探头	1	TO-92 封装 + 不锈钢探头
4.7kΩ 电阻	1	OneWire 上拉
ST-Link 下载器	1	烧录 STM32
杜邦线、面包板	若干	—

硬件接线

STM32 端

STM32 引脚	连接
PB12	DS18B20 DQ（4.7kΩ 上拉到 3.3V）
PA2 (USART2_TX)	ESP32 GPIO16
GND	ESP32 GND（共地）

DS18B20 防水探头

线色	连接
红	3.3V
黄	PB12
黑	GND

编译与烧录

STM32（Keil MDK）

1. 打开 firmware/Project/TempMonitor.uvprojx
2. F7 编译 → F8 烧录（ST-Link）

ESP32（Arduino IDE）

1. 打开 esp32_receiver/esp32_receiver.ino
2. 选择板子 ESP32 Dev Module → 上传

使用

1. STM32 和 ESP32 上电
2. 手机连接 WiFi TempMonitor（密码 12345678）
3. 打开 APP → 实时温度显示

---

📁 项目结构

TempMonitor/
├── firmware/                          # STM32 Keil5 工程
│   ├── User/                          # 用户源文件
│   │   ├── main.c                     # ★ 主程序
│   │   ├── ds18b20.c / ds18b20.h      # DS18B20 OneWire 驱动
│   │   ├── onewire.c / onewire.h      # 1-Wire 底层协议
│   │   ├── delay.c / delay.h          # DWT 微秒级延时
│   │   ├── usart.c / usart.h          # USART1+USART2 串口驱动
│   │   ├── spi.c / spi.h              # SPI 驱动
│   │   ├── nrf24l01.c / nrf24l01.h    # NRF24L01 驱动（实验）
│   │   └── stm32f10x_conf.h           # 标准外设库配置
│   └── Project/                       # Keil 工程文件
├── esp32_receiver/                    # ESP32 Arduino 代码
│   └── esp32_receiver.ino             # ★ 串口接收 + WiFi AP + HTTP API
├── android_app/                       # Android APP (Android Studio)
│   └── app/src/main/
│       ├── java/com/tempmonitor/
│       │   ├── MainActivity.java      # 主界面
│       │   ├── TempService.java       # HTTP 轮询线程
│       │   ├── ChartView.java         # 温度曲线自定义 View
│       │   └── TempDescHelper.java    # 水温/气温模式描述
│       └── res/layout/
│           └── activity_main.xml      # 界面布局
├── app/                               # Python PC 端调试工具
│   ├── main.py
│   ├── serial_handler.py
│   └── ui.py
├── docs/                              # 文档 & 演示
│   ├── images/hardware.jpg            # 硬件连接图
│   ├── app_demo.mp4                   # APP 演示视频
│   └── debug_test.mp4                 # 调试检测视频
├── .gitignore
└── README.md

📸 项目演示

硬件连接图

串口数据验证

default.mp4

手机 APP 测温效果展示

APP.mp4

📱 APP 安装包

📥 下载 TempMonitor APK

---

🔌 API 参考

GET /temp

返回最新温度读数，CORS 已开启。

GET http://192.168.4.1/temp

Response 200 OK:

{
  "temperature": 26.3
}

GET /

打开 Web 仪表盘，浏览器中实时显示温度。

---

🧠 技术细节

OneWire 时序实现

DS18B20 需要微秒级精确时序（1-480μs）。用 ARM Cortex-M3 的 DWT（Data Watchpoint and Trace）周期计数器实现 Delay_us()——72MHz 主频下每周期 ≈ 14ns，1μs = 72 个计数周期。精度优于 HAL_Delay() 的毫秒级分辨率。

void Delay_us(uint32_t nus) {
    uint32_t start = DWT->CYCCNT;
    uint32_t ticks = nus * (SystemCoreClock / 1000000);
    while ((DWT->CYCCNT - start) < ticks);
}

时钟树配置

HSE 8MHz → PLL (×9) → SYSCLK 72MHz
                          ├── AHB  72MHz
                          ├── APB2 72MHz (USART1, GPIO)
                          └── APB1 36MHz (USART2, USART3)

USART2 波特率：115200bps（APB1 36MHz，USARTDIV = 19.53125，误差 0.16%）

为什么不用 RTOS

系统只有两个周期性任务——读传感器（~800ms）和发串口（1s）。协作式轮询基于 DWT->CYCCNT 时间戳判断，零 ROM/RAM 开销，不需要抢占式调度器。

串口协议

STM32 → ESP32:  "T:25.3\r\n"   （ASCII 文本，115200, 8N1）
ESP32 → Phone:  {"temperature":25.3}  （HTTP JSON）

---

🔧 NRF24L01 无线扩展

系统最初设计为 NRF24L01 全无线方案：

STM32 → NRF24L01(TX) → 空中 → NRF24L01(RX) → ESP32 → WiFi → APP

• STM32 端 NRF24L01 发射驱动已验证正常（SPI1 + 硬件 SPI）
• STM32 双 NRF 模块互通测试通过（TX 发 AA XX YY 55，RX 收 AA XX YY 55）
• ESP32 端 NRF24L01 接收存在 SPI 通信不稳定问题（根因：GPIO 驱动能力 + 缺近端去耦电容）

NRF 驱动代码保留在 firmware/User/nrf24l01.c，后续可换 Arduino Nano 接收端切回纯无线。

📄 License

MIT