LabVIEW无线预警喷淋系统
针对传统有线参数检测与视频监控布线繁琐、无法适配无布线条件场景（如电路老化隐患监测）的问题，设计并实现基于 NRF24L01 无线模块与 LabVIEW 软件的无线预警与自动喷淋系统。以 STM32F103 单片机和 Pt100 温度传感器为核心搭建下位机硬件，完成多路温度与火焰信号采集，通过 NRF24L01 实现无线数据传输；以上位机 LabVIEW 界面实现数据处理、显示、报警、视频监控及喷淋电磁阀控制。
应用场景
系统聚焦需实时温度监测与防火预警的工业及民用场景，核心应用场景如下：
数控机床监测：数控机床运行时关键部件易因长时间工作发热，传统有线监测布线易受设备运动干扰。系统可无线采集机床关键部位温度，温度超阈值或检测到明火时，立即触发蜂鸣器报警并启动喷淋降温，避免部件损坏或火灾。
机房设备管理：机房内服务器、交换机等设备密集，布线复杂且空间封闭，电路老化易引发高温故障。系统通过无线模块部署温度采集点，实时监测各设备温度，LabVIEW 界面动态显示温度曲线，异常时自动报警，同时支持远程视频监控机房状态，无需人员现场值守。
煤铁矿生产监管：煤铁矿井下或地面生产环境复杂，有线监测易因粉尘、振动导致线路损坏。系统可耐受恶劣环境，无线采集生产区域温度，若温度异常（如电气设备过热）或出现明火，快速触发预警与喷淋，防止火灾蔓延，保障生产安全。
硬件架构
（一）控制核心
以 STM32F103 单片机为核心搭建控制芯片最小系统，包含电源、复位、时钟、Boot 启动模式选择及下载电路（串口 / JTAG）。电源部分分为模拟电源（给内部 ADC、DAC 模块供电）与数字电源（4 组单片机数字电源引脚），所有电源旁路均放置 0.1μF 电容滤波，滤除电源噪声杂波；同时预留外围传感器接口，可连接 NRF24L01 无线模块、Pt100 温度传感器、蜂鸣器、火焰传感器及电磁阀，确保核心控制稳定且满足多设备协同需求。
（二）电源模块
针对不同硬件供电需求设计多电压转换电路：喷淋电磁阀需 24V 直流供电，NRF24L01 无线模块供电范围为 1.9~3.6V，STM32F103 最小系统需 3.3V 供电。通过专用电压转换芯片（如 LM2576S-5、AMS1117）实现 24V 电压输入转换，分别为各模块提供匹配电压，保障电磁阀、无线模块、控制核心等硬件协同工作，避免因电压不匹配导致设备损坏。
（三）采集模块
温度采集：采用铂电阻 Pt100 传感器，测量范围 - 20~600℃，精度达 0.1℃，0℃时阻值为 100Ω 且阻值随温度均匀变化。搭建惠斯登电桥，将 Pt100 接入电桥，温度变化引发 Pt100 阻值改变，导致电桥输出差分信号（ΔV）变化；差分信号经差分运放芯片放大后输入 STM32F103 的 A/D 采样端，结合 Pt100 电阻 - 温度对应表计算实际温度。为减小导线电阻误差，采用三线制接法，提升温度采集准确性。
火焰采集：配备火焰传感器，实时检测环境中是否存在明火，将检测信号传输至 STM32F103，与温度数据协同作为预警触发依据，确保火灾隐患早发现。
（四）无线模块
采用 NRF24L01 单片无线收发芯片，工作于 2.4~2.5GHz ISM 频段，支持 SPI 接口编程通讯，通过 Enhanced Shock Burst 协议实现点对点或 1 对 6 无线通讯，最高通信速度达 2Mbit/s，功耗低（发射电流 9mA@-6dBm，接收电流 12.3mA）。其工作模式由 CE 引脚与 CONFIG 寄存器（0X00）的 PWR_UP（第 1 位）、PRIM_RX（第 0 位）共同控制，可切换为接收、发射、空闲、掉电四种模式。数据传输时，下位机主机板配置为发射模式发送温度与火焰数据，从机板配置为接收模式接收数据，接收成功后通过串口上传至上位机，完成无线数据交互。
（五）喷淋模块
下位机主机板设计预警灭火电磁阀，可根据用户需求搭配不同喷淋器件。控制原理为：通过单路 2 输入正与门器件，STM32F103 引脚设置为推挽输出，输出高低电平控制与门器件，进而实现电磁阀开关。当系统检测到温度超限且有明火，或用户手动操作时，电磁阀自动打开启动喷淋，温度恢复正常后可手动或自动关闭，实现精准灭火降温。
软件架构
（一）界面设计
上位机人机界面基于 LabVIEW 开发，采用图形化编程语言，直观呈现系统功能。界面包含：
串口参数配置区：可选择串口号、串口波特率（实验中设为 9600bit/s）等，确保上位机与从机串口通信匹配；
报警设置区：通过数字输入框预设温度报警阈值（实验中设为 30℃），满足不同场景预警需求；
状态显示区：以指示灯展示温度（绿 - 正常，红 - 超限）与火焰（绿 - 无明火，橙 - 有明火）报警状态，波形图表动态显示多路温度变化曲线，直观反映温度趋势；
控制区：设有手动降温、报警关闭及系统停止按钮，支持自动与手动双重控制，应对突发情况。
（二）预警控制
软件实时解析下位机传输的温度与火焰数据，与预设阈值对比：
当温度超阈值且火焰传感器检测到明火时，界面温度指示灯由绿变红、火焰警示灯由绿变橙，同时向下位机发送指令，触发蜂鸣器报警并自动打开喷淋电磁阀；
按下 “关闭蜂鸣器” 按钮可停止报警，待温度降至正常范围，温度指示灯恢复绿色，报警信号消除，电磁阀可手动或自动关闭；
全程支持手动触发喷淋，防止自动模式失效时的突发情况，确保预警与控制动作可靠。
系统特点
（一）无线传输优势
摒弃传统有线监测模式，通过 NRF24L01 无线模块实现数据传输与视频监控，解决无布线条件场景（如电路老化监测）的应用难题；避免有线传输中远距离数据干扰、传输效果差及扩展性低的问题，可灵活增减监测节点，适应不同监测范围。
（二）监测控制精准
温度采集采用 Pt100 传感器与三线制接法，搭配差分放大电路，测量精度达 0.1℃，准确反映环境温度变化；火焰传感器实时检测明火，双重监测保障预警准确性；喷淋控制通过电磁阀精准执行，手动与自动模式结合，确保灭火降温及时有效。
（三）稳定易扩展
硬件选用高性能元器件（如 STM32F103、NRF24L01），电路设计包含电源滤波、信号放大等优化措施，保障硬件稳定；软件基于 LabVIEW 开发，图形化编程便于功能迭代，预留传感器与控制接口，可根据需求扩展更多监测参数（如湿度）或控制功能（如排风）。
（四）可视化与易用性
LabVIEW 界面直观呈现数据曲线、设备状态与视频画面，操作步骤清晰（串口配置→打开串口→数据显示→报警控制）；用户无需专业编程知识即可完成参数设置与控制操作，降低使用门槛。