蓝牙温度监测系统设计任务书

蓝牙温度监测系统设计任务书一、项目背景与意义在冷链物流、工业生产环境监控、智能家居环境调节等场景中，温度参数的实时、精准监测是保障产品质量、设备安全、环境舒适度的核心环节。传统有线温度监测系统存在布线复杂、部署灵活性差、维护成本高等问题，难以适配移动场景或复杂环境下的监测需求。蓝牙技术凭借低功耗、短距离无线通信、兼容性强等优势，结合高精度温度传感器，可构建一套灵活部署、易于扩展的无线温度监测系统，实现温度数据的实时采集、传输、分析与预警，有效提升监测效率与智能化水平，在医药冷链运输、食品仓储、工业设备热管理等领域具有广泛应用价值。二、设计目标（一）功能目标实现多节点分布式温度采集，支持5个以内监测点的并行监测；基于蓝牙无线通信，完成温度数据从采集端到接收端（手机/上位机）的稳定传输；提供数据存储、历史曲线查询、异常温度报警（阈值自定义）功能；支持移动端（Android/iOS）或上位机的可视化交互，实现数据实时显示与远程监控。（二）性能目标温度测量精度：≤±0.5℃（25℃典型工况），测量范围：-20℃~80℃（可扩展）；蓝牙通信距离：空旷环境下≥10米（低功耗模式），传输延迟≤1秒；系统功耗：单节点电池供电（如CR2032）时，续航时间≥6个月（休眠+定时采集模式）；响应速度：温度超限后，报警触发延迟≤2秒，数据刷新频率可配置（10秒~5分钟）。三、系统功能需求（一）温度采集模块传感器选型：采用数字温度传感器（如DS18B20、SHT30等），支持单总线或I2C接口，满足精度、量程与功耗要求；采样控制：支持定时采样（周期可配置）、触发式采样（如外部事件触发），采样数据本地缓存（至少存储100条历史数据）。（二）蓝牙通信模块协议支持：兼容蓝牙5.0（或低功耗蓝牙BLE）规范，采用GATT协议架构，实现设备发现、连接、数据传输与断开重连；数据传输：定义通信数据帧格式（含温度值、设备ID、时间戳、校验位），支持双向通信（如接收端下发阈值配置命令）；连接管理：支持多设备并发连接（如手机同时连接3个监测节点），具备断线自动重连、信号强度检测功能。（三）数据处理与存储模块本地处理：嵌入式端对采集数据进行滤波（如滑动平均）、异常值检测（超出量程或突变）；存储机制：移动端/上位机端采用SQLite或云数据库存储历史数据，支持按时间范围查询、导出（如CSV格式）；数据分析：提供温度趋势分析（如日/周/月曲线）、超限统计（次数、时长），辅助用户评估环境稳定性。（四）报警与预警模块阈值设置：用户可自定义温度上下限（如冷链运输中0℃~8℃），支持按节点、按时间段配置；报警方式：移动端APP推送通知、上位机声光报警、设备端LED/蜂鸣器报警（可选）；预警逻辑：当温度连续3次超出阈值或变化率≥2℃/分钟时，触发预警，降低误报率。（五）用户交互模块移动端APP：界面包含设备列表、实时温度仪表盘、历史曲线、报警记录、设置界面（阈值、采样周期）；上位机软件：支持串口/蓝牙连接，提供数据实时曲线、多节点对比、数据导出功能，适配Windows/macOS系统；操作权限：支持用户登录（可选），不同角色（管理员/普通用户）权限分级（如管理员可修改系统参数）。四、技术指标要求类别指标参数说明-------------------------------------------------------------------------温度测量范围：-20℃~80℃（可扩展至-40~125℃）覆盖多数应用场景精度：≤±0.5℃（25℃时）典型工况精度要求分辨率：0.1℃数据显示与存储精度蓝牙通信协议：BLE5.0低功耗、长距离传输距离：空旷≥10m（可扩展至50m）实际环境需测试优化传输速率：≥1kbps（单包数据）满足实时性需求系统功耗休眠电流：≤10μA延长电池续航工作电流：≤5mA（采集+传输时）低功耗设计响应时间采集周期：10s~5min（可配置）平衡精度与功耗报警延迟：≤2s（超限后）及时响应异常五、硬件设计要求（一）传感器子系统传感器选型：优先选择数字输出、低功耗、宽量程的型号（如SHT30，I2C接口，精度±0.3℃，功耗μA级）；接口设计：采用I2C或单总线接口，与主控MCU直连，硬件电路包含上拉电阻、滤波电容，增强抗干扰能力。（二）蓝牙通信子系统蓝牙模块：选用集成度高、功耗低的SoC（如NordicnRF____，内置ARMCortex-M4，支持BLE5.0，外设丰富）；天线设计：PCB内置天线或外接陶瓷天线，确保通信距离与稳定性，天线区域避免高频干扰源；电源管理：蓝牙模块独立电源域，支持休眠/唤醒控制，降低待机功耗。（三）主控子系统MCU选型：基于ARMCortex-M系列（如STM32L051，低功耗、高性价比，Flash≥64KB，RAM≥8KB）；外设资源：需包含I2C/SPI/UART接口（连接传感器、蓝牙模块）、定时器（采样周期）、ADC（可选，扩展模拟传感器）；电源电路：采用LDO或DC-DC降压，输入支持3.3V（锂电池）或5V（USB），具备过压、过流保护。（四）电源与结构设计供电方式：支持锂电池（如CR2032、____）或USB供电，自动切换；低功耗设计：硬件上采用电源使能控制（如传感器、蓝牙模块分时上电），软件上优化休眠策略；结构外壳：采用防水、防尘外壳（IP65等级），适应工业/户外环境，预留传感器探头开孔。六、软件设计要求（一）嵌入式固件（主控+蓝牙模块）开发环境：KeilMDK（STM32）、SeggerEmbeddedStudio（nRF52），编程语言C；程序架构：采用分层设计（驱动层、协议层、应用层），驱动层包含传感器驱动、蓝牙驱动、电源管理；核心功能：传感器数据采集与滤波（滑动平均、中值滤波）；蓝牙GATT服务开发（自定义特征值，包含温度数据、配置参数）；低功耗管理（定时休眠、事件唤醒，如RTC定时唤醒采集）；异常处理（传感器故障检测、蓝牙连接异常重连）。（二）移动端APP（Android/iOS）开发框架：Flutter（跨平台）或原生开发（AndroidStudio、Xcode），编程语言Dart/Java/Swift；功能模块：蓝牙扫描与连接（BLE设备发现、配对、断开重连）；实时数据显示（仪表盘、数字显示）、历史曲线（Chart.js/MPAndroidChart）；报警管理（通知推送、历史记录）、设置界面（阈值、采样周期、设备名称）；数据同步（可选，云平台上传，如Firebase、阿里云IoT）。（三）上位机软件（Windows/macOS）开发工具：Python（PyQt/PySide）或C#（WPF），实现跨平台或Windows专属；功能模块：串口/蓝牙通信（使用PyBluez、Serial库）；数据可视化（实时曲线、多设备对比）、数据存储（SQLite）；批量配置（多设备阈值同步）、数据导出（CSV、Excel）。（四）通信协议规范数据帧格式：采用“帧头+设备ID+数据长度+温度值+时间戳+校验和”结构，帧头固定（如0xAA），校验和为CRC-8；命令交互：定义配置命令（如设置阈值0x01、采样周期0x02）、查询命令（如读取历史数据0x03），确保双向通信可靠性。七、开发计划与进度安排阶段时间周期核心任务与交付物----------------------------------------------------------------------需求分析与方案设计第1-2周完成需求文档、硬件选型报告、软件架构设计硬件设计与制作第3-5周原理图设计、PCB打样、硬件调试（送样3套）软件设计与开发第6-10周嵌入式固件开发、APP/上位机原型开发、联调系统测试与优化第11-12周功能测试（温度精度、蓝牙稳定性）、性能优化（功耗、响应速度）、问题修复项目验收与交付第13周交付物：硬件实物、软件安装包、设计文档、用户手册、测试报告八、验收标准（一）功能验收1.温度采集：多节点（≥3个）同时采集，数据误差≤±0.5℃（与标准温度计对比）；2.蓝牙通信：空旷环境下10米内稳定连接，数据传输丢包率≤1%，重连时间≤5秒；3.报警功能：阈值触发后，APP推送、上位机声光报警在2秒内响应，误报率≤5%；4.交互功能：APP/上位机可正常显示实时数据、历史曲线，支持阈值修改、数据导出。（二）性能验收1.功耗：单节点电池供电（CR2032），休眠+10分钟采样周期，续航≥6个月；2.响应速度：采样周期10秒时，数据刷新延迟≤1秒，报警延迟≤2秒；3.兼容性：APP支持Android8.0+/iOS13+，上位机支持Windows10+/macOS11+。（三）文档验收1.设计文档：硬件原理图、PCB版图、嵌入式固件流程图、软件架构文档；2.用户手册：硬件安装指南、APP/上位机操作手册、故障排查指南；3.测试报告：功能测试用例、性能测试数据（功耗、精度、通信距离）、兼容性测试报告。（四）可靠性验收1.稳定性：系统连续运行7天无故障，数据存储完整，蓝牙连接无异常断开；2.抗干扰：在2.4GHz干扰环境（如WiFi、微波炉）下，通信丢包率≤5%；3.环境适应性：-10℃~60℃环境下，温度采集精度偏差≤±1℃，蓝牙通信正常。九、人员分工与职责硬件工程师：负责原理图设计、PCBLayout、硬件调试与优化，输出硬件设计文档；嵌入式软件工程师：开发MCU固件、蓝牙协议栈，实现传感器采集、低功耗管理，输出固件源码与设计文档；应用软件开发工程师：负责移动端APP、上位机软件的界面与功能开发，输出安装包与使用文档；测试工程师：制定测试用例，完成功能、性能、兼容性测试，输出测试报告；文档专员：整理需求文档、设计文档、用户手册，确保文档规范、易读。十、参考文献1.《BluetoothCoreSpecificationVersion5.0》——蓝牙技术联盟官方协议规范；2.《STM32L0x