基于ARM的多點溫度采集及記錄儀

1、西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文1基于 ARM 的多點溫度采集及記錄儀【摘要】現(xiàn)在很多地點需要多路溫度采集，比如油罐中溫度需均衡，鉆井機探頭各方向溫度變化等。本設(shè)計可運用于以上場地中，操作員可以直觀的看見個點的溫度變化，以采取必要的措施?；?ARM 的多點溫度采集及記錄儀有功耗低，記錄方便，直觀人機界面，低成本等特點?？梢造`活運用于各種場所。它采用先進的 ARM 內(nèi)核的 32 位單片機，保證了通常的處理速度。2.4 寸 16 位彩屏是其獨到的特點。此外，記錄的數(shù)據(jù)會以文本文檔格式存儲在多媒體 SD 內(nèi)，一目了然地觀察數(shù)據(jù)變化。關(guān)鍵詞： 多路溫度彩屏 ARM SDAbstract:Many

2、sites require multi-channel temperature acquisition, such as tank temperature balanced drilling machine, the temperature probe. This design can be used in above ground, the operator can visually see points of temperature change, to take the necessary measures. ARM based multipoint temperature collec

3、ting and recording apparatus having low power consumption, convenient to record, and intuitive man-machine interface, low cost etc. Can be flexibly used in various places. It uses advanced ARM core 32 bit single chip microcomputer, to ensure the usual processing speed. 2.4 inch 16 color is its uniqu

4、e characteristics. In addition, the recorded data to a text document format is stored in a multimedia SD stick out a mile, to observe the changes of data. KeyKey words:words: Multi channel temperature TFT ARM SD西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文2目目 錄錄1 1 方案論證與比較方案論證與比較.21.1 溫度傳感器部分.3方案一.3方案二.31.2 顯示部分.3方案一.3方案二.32 2

5、 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計.32.1 總體設(shè)計思路.42.2 電路設(shè)計.42.2.1 處理器電路.42.2.2 溫度傳感器電路.52.2.3 顯示器電路.62.2.4 存儲器電路.62.2.5 電源電路.73 3 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.83.1 編程原則.83.2 層面.93.2.1 ucgui 使用.93.2.1 fatfs 使用.94 4 測試結(jié)果分析測試結(jié)果分析.10結(jié) 束 語.10文 獻.11西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文31 1 方案論證與比較方案論證與比較1.11.1 溫度傳感器部分溫度傳感器部分方案一方案一有熱敏電阻與三個精密電阻組成電阻橋，通過差動放大器對信號進行放大，再通過 12 位

6、 AD 轉(zhuǎn)換器取得數(shù)字量，通過線性函數(shù)關(guān)系換算出溫度值。本方案特點是測量溫度范圍寬。但是，由于本設(shè)計需多路溫度測量，必需 ADC 達到五個通道以上。此外，模擬器件也加大電路調(diào)試難度和日后的經(jīng)常維護。方案二方案二采用數(shù)字一體化傳感器 DS18B20。獨特的一線接口，只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用 ，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電。測溫范圍 55+125，分辨率 12 位，精度 0.2。接口原理簡單，無需調(diào)試即可實現(xiàn)溫度采集。 圖 11.21.2 顯示部分顯示部分方案一方案一 LCD12864 是一款帶有中文字庫的 LCD 顯示屏，最大的特點是功耗低，即使在無背光的情況下，

7、可以清晰的看見顯示內(nèi)容。但是，它的分辨率只有128*64 不可能同時顯示五個溫度數(shù)據(jù)，這樣只有分時顯示，犧牲了編程的簡單性。方案二方案二現(xiàn)以二十一世紀，彩屏?xí)r代的到來加速了電子設(shè)備的前沿性 。彩色顯示，高分辨率。是人機界面達到優(yōu)化，更能顯示出很多的信息。本方案采用模組型號為 TM240320C1NFWGWC G-1 的 TFT 顯示屏。參數(shù)為：分辨率240*320，65536 色?？刂破?ili9325。16 位 8080 總線驅(qū)動。西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文42 2 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計2.12.1 總體設(shè)計思路總體設(shè)計思路根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合考慮過的各種方案充分利用模擬和數(shù)字系統(tǒng)的各優(yōu)點

8、，發(fā)揮其優(yōu)勢。畫出了以下系統(tǒng)總框圖。溫度 2溫度 3溫度 5溫度 1溫度 4圖 22.22.2 電路設(shè)計電路設(shè)計2.2.12.2.1 處理器電路處理器電路處理器采用意法半導(dǎo)體設(shè)計生產(chǎn)的 STM32F103VE，它采用英國 ARM 公司設(shè)計的 CROTEX 內(nèi)核，90nm 制程，最高時鐘頻率 72MHZ,片內(nèi) 512KB flash，64KB ROM,該器件 100 腳 LQFP100 封裝。外圍電路如下圖所示：STM32F103SD 存儲器TFT 顯示器西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文5圖 32.2.22.2.2 溫度傳感器電路溫度傳感器電路溫度傳感器采用 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18

9、B20，在出廠時每個傳感器會附上全球唯一的器件 ID 號。被設(shè)計中就采用讀取內(nèi)部 ID 號的方法來識別溫度數(shù)據(jù)是從哪個傳感器上傳輸來的，五個傳感器數(shù)據(jù)線接同一 IO 口，MCU 管腳位 PA0.五個傳感器 ID 號分別如下表所示：表 1傳感器連接圖如下所示：圖 4由于 DS18B20 是數(shù)字傳感器，因此讀出來的溫度值是有兩個字節(jié)組成的。假設(shè)讀出來的兩字節(jié)分別是 X（高字節(jié)）和 Y（低字節(jié)） ，則計算公式位：溫度傳感器編號 ID 號（16 進制）1 號 28 DB 30 84 03 00 00 95 2 號 28 5E 29 84 03 00 00 1B3 號 28 B2 3F 84 03 00

10、 00 AF 4 號28 18 46 84 03 00 00 A25 號28 DD 18 84 03 00 00 E1西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文6Temp=(X12)+Y)*0.06252.2.2.2.3 3 顯示器電路顯示器電路TFT 屏采用 TM240320C1NFWGWC G-1，共有 36 跟腳，彩屏供電電壓 3.3V，背光點壓 12V，通過 MI0,MI1 ,MI2, MI3 的電平匹配來選擇通行方式，分別為：SPI，18bit 并行，16bit 并行和 8bit 并行。本設(shè)計采用 16bit 并行，將屏地址掛載到 STM32F103 總線上，可達到一定刷屏速率。液晶屏與控制

11、器采用 intel8080 總線方式傳輸。連接方式采用控制器FSMC（靜態(tài)存儲控制器） ，在控制其內(nèi)部彩屏的寄存器地址是 0 x60000000，數(shù)據(jù)地址是 0 x60000002，連接電路圖如下圖所示：圖 4圖 52.2.42.2.4 存儲器電路存儲器電路 現(xiàn)在很多設(shè)備存儲采用 24C02，k91g08g0uom 等的 E2PROM 或 FLASH 存儲器。這樣的缺點是沒有靈活性，需要上位機或?qū)Ｓ迷O(shè)備從中提取信息，若是設(shè)備不慎損壞記錄的信息就很難提取，加大了勞動成本。本設(shè)計采用多媒體存儲卡來存儲記錄信息，它的有優(yōu)點是應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，任何電腦，手持設(shè)備等多可以從中查詢記錄信息。淺顯易用。 多媒體

12、卡種類很多，有 CF 卡，SD 卡，mini SD 卡，micro SD 卡等，但大部分傳輸方式是一樣的，有 SPI 和 SDIO 兩種傳輸方式，前者簡單可實現(xiàn)大部分功能，后者傳輸速率快適合大容量媒體數(shù)據(jù)傳輸。介于本設(shè)計數(shù)據(jù)量不大，采用 SPI 方式連接，寫傳輸速率 750kb/s。媒體卡選用 mini SD 卡 ，供電電壓3.3V。存儲器電路原理圖如下所示：西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文7圖 62.2.52.2.5 電源電路電源電路 電源電路是整個電路的基礎(chǔ)，整個系統(tǒng)中如果電源電路不穩(wěn)定那么這也是失敗的，本設(shè)計中使用開關(guān)電源和線性穩(wěn)壓器相結(jié)合的辦法，是的電源各方面都有優(yōu)勢。設(shè)計中系統(tǒng)需

13、3.3v 給單片機，SD 卡，溫度傳感器，和液晶屏供電，12v 需給液晶屏背光供電，因為背光是由 4 個高亮 LED 發(fā)出的。系統(tǒng)以 3.3v 電源為主體，12V 電源由 DC-DC 將 5v 升至 12v，DC-DC 核心器件是 MC34063。整個工作流程是，市電由變壓器，全橋整流，濾波后得到 5v 直流電，經(jīng)過 LM1117 線性穩(wěn)壓器得到 3.3V。5v 直流再有 DC-DC 升壓到 12V?；驹韴D如下所示：圖 7已知輸入電壓 Vin=5V，輸出電壓 Vout=12V。輸出電流 20mA,輸出波紋電壓西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文810mA，工作頻率 100KHZ，則計算公式如

14、下：Vout=1.25V（1+R1/R2）Ct(定時電容)：決定內(nèi)部工作頻率。Ct=0.000 004*Ton(工作頻率）Ipk=2*Iomax*T/toffRsc(限流電阻)：決定輸出電流。Rsc0.33IpkLmin(電感)：Lmin(ViminVces)*Ton/ IpkCo(濾波電容)：決定輸出電壓波紋系數(shù)，CoIo*ton/Vp-p(波紋系數(shù)）固定值參數(shù)：Vces=1.0Vton/toff=(Vo+VfVimin)/(ViminVces）Vimin:輸入電壓不穩(wěn)定時的最小值 Vf=1.2V 快速開關(guān)二極管正向壓降可得：Ct=260 pFIpk=114 mARsc=2.632 OhmL

15、min=228 uHCo=117 uFR=180 OhmR1=1.5k R2=13k (12.08V)3 3 軟件設(shè)計軟件設(shè)計3.13.1 編程原則編程原則CROTEX M3 內(nèi)核的 ARM 多數(shù)用 IAR 和 RMDK 兩種開發(fā)環(huán)境?，F(xiàn)階STM32F103 多數(shù)使用 RMDK 開發(fā)。本次使用該軟件建立工程。由于程序代碼量較大，采用模塊化移植的方法，這樣的好處是減少了開發(fā)周期。整個程序中分三層：分別是用戶層，中間層和底層。用戶層主要是主函數(shù)起調(diào)用個模塊和分配作用，中間層為 fatfs 和 ucgui，前者是文件管理，后者是圖形管理庫。底層包括 sd 驅(qū)動，彩屏驅(qū)動，溫度傳感器驅(qū)動等。作為一款

16、ARM，STM32f103 并未加入 MMU。所以它不能向 SCS2440 那樣可以運行嵌入式操作系統(tǒng)。只可以加入小型 shishi 系統(tǒng)如 ucos，但是介于面向非消費領(lǐng)域，信息快速，多功能化，復(fù)雜上來說，個人想法是不加入系統(tǒng)也可以的。西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文9 主函數(shù)FatfsUcgui彩屏驅(qū)動SD 驅(qū)動傳感器庫函數(shù)用戶層調(diào)用層底層圖 83.23.2 層面層面3.2.13.2.1 ucguiucgui 使用使用Ucgui 是 ucos 公司編寫的一套圖形管理繪制程序，他是一種開源的商業(yè)程序，任何人多可以運用，它可以調(diào)用彩屏驅(qū)動在屏上任意坐標，任意顏色畫圓，畫方，顯示英文，顯示圖片

17、，管理視窗等。移植比較方便只需調(diào)用底層畫點，讀點函數(shù)。函數(shù)名為：void ili9320_SetPoint(u16 x,u16 y,u16 point); /畫點u16 ili9320_GetPoint(u16 x,u16 y); /讀點 圖 9西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文103.2.13.2.1 fatfsfatfs 使用使用Fatfs 是由英國一名程序員編寫的文件掛在系統(tǒng)。他可實現(xiàn)對存儲設(shè)備的文件管理，功能有對文件的建立，刪除，復(fù)制，重命名等。調(diào)用底層函數(shù)有：u8 SD_WriteMultiBlock(u32 sector, const u8 *data, u8 count); SD

18、_Read_Bytes(unsigned long address,unsigned char *buf,unsigned int offset,unsigned int bytes);/意思分別是寫多個扇區(qū)，讀多個扇區(qū)。圖 104 4 測試結(jié)果分析測試結(jié)果分析經(jīng)過測試，基于 ARM 的多路溫度采集與記錄儀動起來了。屏幕上清晰可見五路傳感器所采樣的溫度值。但是隨后發(fā)現(xiàn)溫度變化緩慢，隨后想起調(diào)用讀取溫度函數(shù)是在時間函數(shù)里的，這樣必然采樣速率為 1S/次。隨后更改了程序，效果有所改善。在測試中還發(fā)現(xiàn)在相同溫度下，每個溫度點溫度數(shù)據(jù)有 0.25 度的偏差，翻閱數(shù)據(jù)手冊才了解到偏差在 0.5 度內(nèi)是必

19、然的。這讓我吃了一顆定心丸。在測試由于采用求平均值的方法來判斷最高溫度變化，所以溫度基準為五路溫度的品均值，假如五路溫度同時升高，該記錄儀是無法判斷最高溫度點的。這需要有待改進。但是在通常環(huán)境中側(cè)方案是可行的。通過此次測試結(jié)果分析，基本功能可實現(xiàn)，數(shù)據(jù)記錄完全沒有誤差，唯一的缺點是量程不高，也就是說在室溫或低溫下是可以正常采集的，但是如果在超高溫下使用必然會損壞器件的，比如鋼鐵融化爐中。這是溫度傳感器所決定的。西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文11結(jié)結(jié) 束束 語語基于 ARM 的多路溫度記錄儀完成了，經(jīng)過兩個月的設(shè)計于制作后，該記錄儀可以在要求的誤差，量程內(nèi)完成溫度顯示與記錄。順利的將記錄數(shù)據(jù)

20、從電腦中打開。并以時間所對應(yīng)的五路溫度逐一查看。在現(xiàn)代壞彩屏現(xiàn)實中，我們可以清晰，無亂碼的觀察數(shù)據(jù)變化，并且五路溫度值顯示位置與實際溫度探頭位置一一對應(yīng)。在人機顯示上雖然可以達到很好的融洽性，但是不能顯示中文是最大的遺憾。由于時間問題，我并沒有完全掌握 UCGUI 的所有功能。所以只能以英文顯示為主了。在今后中我會把圖形庫了解滲透，不斷改進溫度記錄儀的顯示部分。 基于 ARM 的多路溫度記錄儀完成后，我感嘆萬千，更有喜有悲。在兩個月畢業(yè)設(shè)計中，我得到了很多人的熱心幫助，特別是指導(dǎo)老師的指點。從中我學(xué)到了很多知識，不僅如此還把所學(xué)知識靈活的運用起來,讓我感覺到知識的重要性。我會不斷努力，不斷滾固專業(yè)技能，提高自己，貢獻力量。此次論文的完成給我三年的大學(xué)生活畫上了完美的句號。在今后的職業(yè)生涯是我的新一次的挑戰(zhàn)。西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文12文文 獻獻1 ：紅牛.紅牛開發(fā)板使用手冊M.2009 版本（.翻譯者）.出版地：深圳 2 ：STM32 固件庫使用手冊的中文翻譯版.pdf 2008 意法半導(dǎo)體公司意大利 出版地：意大利3：深入解析 STM32_USB-FS-Device_Lib 庫.pdf 2008 意法半導(dǎo)體公司意大利 出版地：意大利4：ds18b20 datash