嵌入式課程設(shè)計(jì)溫度傳感器-課程設(shè)計(jì)

1、嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)基于ARM9的溫度傳感器號:2021180401*級:*1名:指導(dǎo)教師:課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班 級:*姓 名:*設(shè)計(jì)周數(shù)：1學(xué)分：2指導(dǎo)教師:邱選兵設(shè)計(jì)題目:基于ARM9的溫度傳感器設(shè)計(jì)目的及要求：目的：1. 熟悉手工焊錫的常用工具的使用及其維護(hù)與修理.2. 根本掌握手工電烙鐵的焊接技術(shù),能夠獨(dú)立的完成簡單電子產(chǎn)品的安裝與焊接.熟悉電子產(chǎn)品的安裝工藝的生產(chǎn)流程.3. 熟悉印制電路板設(shè)計(jì)的步驟和方法,熟悉手工制作印制電板的工藝流程,能 夠根據(jù)電路原理圖,元器件實(shí)物設(shè)計(jì)并制作印制電路板.4. 熟悉常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及其使用范圍,能查閱有關(guān)的 電子器件圖書.5

2、. 能夠正確識別和選用常用的電子器件,并且能夠熟練使用普通萬用表和數(shù)字 萬用表.6. 掌握和運(yùn)用單片機(jī)的根本內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能部件、接口技術(shù)以及應(yīng)用技術(shù).7. 各種外圍器件和傳感器的應(yīng)用；8. 了解電子產(chǎn)品的焊接、調(diào)試與維修方法.要求：1. 學(xué)生都掌握、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能部件,接口技術(shù)等技能；2. 根據(jù)題目進(jìn)行調(diào)研,確定實(shí)施方案,購置元件,并繪制原理圖,焊接電路板, 調(diào)試程序；3. 焊接和寫匯編程序及調(diào)試,提交課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括硬件和軟件；4. 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法：使用溫度傳感器PT100O,直接感應(yīng)外部的溫度變化.使用 恒流源電路,保證通過 PT1000的電流相等,根據(jù)PT1000

3、的工作原理與對應(yīng)關(guān) 系,得到溫度與電阻的關(guān)系,將得到的電壓放大 20倍.結(jié)合ARM9與LCD,將 得到的參量顯示在液晶屏上.目錄第一章緒論1.第二章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.2.1硬件框圖2.2.2器件選用2.第三章硬件結(jié)構(gòu)3.3.1數(shù)據(jù)采集模塊 3.3.11 PT1000鉗熱電阻 .33.12 穩(wěn)壓二極管IN4728 53.13 LM3246.3.2數(shù)據(jù)處理模塊 6.3.21 STM326.3.22TFT- LCD8.3.23 ADC限制存放器9.第四章軟件結(jié)構(gòu)11第五章總結(jié).16第六章參考文獻(xiàn)1.7附錄一18附錄二錯誤!未定義書簽.附錄三錯誤!未定義書簽.第一章緒論溫度是表征物體冷熱程度的物理量、是

4、自然界中和人類打交道最多的兩 個(gè)物理參數(shù),無論是在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)場所,還是在居住休閑場所,溫濕度的采集或控 制都十分頻繁和重要,而且,網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程采集溫濕度并報(bào)警是現(xiàn)代科技開展的一 個(gè)必然趨勢.溫度的測量及限制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提升生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生 產(chǎn)平安、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的開展起到非常重要的作用.由丁溫度測量的普遍性,溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位,約占 50%溫度傳感器是通過物體隨溫度變化而改變某種特性來間接測量的.不少材料、元件的特性都隨溫度的變化而變化,所以能作溫度傳感器的材料相當(dāng)多.溫 度傳感器隨溫度而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、而電動勢、磁性 能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等

5、等.隨著生產(chǎn)的開展,新型溫度傳感器還會不斷 涌現(xiàn).鉗電阻溫度傳感器是用來測量空氣、土壤和水的溫度傳感器.該傳感器由精 密級鉗熱電阻元件和經(jīng)特殊工藝處理的防護(hù)套組成, 并用四芯屏蔽信號電纜線從 敏感元件引出用丁測量,通?？梢圆捎盟木€測量法測量,以減少導(dǎo)線電阻引起的 測量誤差.本次實(shí)驗(yàn)使用PT1000鉗熱電阻直接感應(yīng)外部環(huán)境的溫度,PT1000根 據(jù)溫度與電阻的對應(yīng)關(guān)系,通過 STM3密片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并且在LCD上 顯示數(shù)據(jù).第二章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1硬件框圖本次實(shí)驗(yàn)包括的溫度傳感器主要由兩個(gè)模塊組成：數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理 模塊硬件框圖如圖1.數(shù)據(jù)采集模塊由包流源電路和放大電路組成,采集到

6、 與溫度有對應(yīng)關(guān)系的電壓值.數(shù)據(jù)處理模塊將數(shù)據(jù)模塊的輸出作為輸入,使用 STM32的AD轉(zhuǎn)換,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量顯示在 LCD上.圖1 :傳感器硬件框區(qū)恒流源0.3mA放大器5倍數(shù)據(jù)瓶輾采集模塊STM32ARM9AD 轉(zhuǎn)換 => LCD 顯示數(shù)據(jù)處理模塊2.2器件選用在本次設(shè)計(jì)中,數(shù)據(jù)采集模塊采用了 PT1000鉗熱電阻、穩(wěn)壓二極管、電阻 假設(shè)干、以及運(yùn)放四大類器件.數(shù)據(jù)處理模塊使用了 STM32單片機(jī)和LCD顯示屏2大局部.本次設(shè)計(jì)的實(shí) 物圖見附錄一.第三章碩件結(jié)構(gòu)3.1數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)采集溫度的信息, 根據(jù)溫度為與電阻的對應(yīng)關(guān)系,通 過包流源電路圖,轉(zhuǎn)化成溫度與電壓的

7、關(guān)系.最后經(jīng)過放大器,將得到的電壓值 進(jìn)行放大,作為數(shù)據(jù)處理模塊的輸入值.電路圖如圖2所示：實(shí)物圖見附錄一圖2數(shù)據(jù)采集模塊電路圖3.11 PT1000鉗熱電阻設(shè)計(jì)原理pt1000是鉗熱電阻,它的阻值會隨著溫度的變化而改變.PT后的1000即表 示它在0C時(shí)阻值為1000歐姆,在300C時(shí)它的阻值約為2120.515歐姆.它的 工業(yè)原理：當(dāng)PT1000在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為1000歐姆,它的的阻值會隨 著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的.電阻與溫度的關(guān)系：R 1000 3.8T應(yīng)用范圍醫(yī)療、電機(jī)、工業(yè)、溫度計(jì)算、阻值計(jì)算等高精溫度設(shè)備,應(yīng)用范圍非常之 廣泛.技術(shù)參數(shù)輸入響應(yīng)時(shí)間模塊內(nèi)數(shù)據(jù)更新率

8、為1秒同步測量1路隔離的485, MODBUS RT通訊協(xié)議采用RS-485二線制輸出接口時(shí),具有+15kV的ESD保護(hù)功能速率bps可在 1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200 中選擇精度等級：0.2級供電電源：+7.530V功耗小丁 0. 1W主機(jī)工作溫度范圍為40 C+85C測量范圍為200C+200C存貯條件為40 C+85C RH : 5%95%不結(jié)露鉗電阻RT曲線圖表PT1000分度表aJ23d5e7Q10013&5.Dnese1332 613G6 41400 2140401407 71411 5141531419 155打

9、33231705317&6D431101422.&1426.71430.41*342143Q Q1441 e144&.51449 314f3 11455.32565沮4117技W3B101201460.&11450.21471 3147S.T1479.5148321437,01430 814945491754£0U字74501611301499.31502.01505.A150&51519.?1517.G1E20.A1524.515泌153211977333&4395479361391401535,®153951A3-3154

10、7 01550,81554<155&.31M2.0IS明543膊347S2062324179161501573 ?157&H1580 71SF44儷M1591 915Q5 61勒Z1BC30160&8611951Q212+16094203.12穩(wěn)壓二極管IN4728工作原理穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普 皿三極管差不多,反向特性是在反向電壓低丁反同 訴穿電壓時(shí),反向電阻很大,反向漏電流極小.但 匹,當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時(shí),反向頁 時(shí)驟然增大,稱為擊穿,在這一臨界擊穿點(diǎn)上辰 而電阻驟然降至很小值.質(zhì)管電流在很大的范圍丙 性化,而二極管兩端的電壓卻根

11、本上穩(wěn)定在擊穿雁 附近,從而實(shí)現(xiàn)了二極管的 一特性曲線till巨二銀*冊幕宅lUf-JSSP懺性參數(shù)I1. Uz 穩(wěn)定電壓：指穩(wěn)壓管通過額定電流時(shí)兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值.該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變. 由丁制造工藝的差異,同一型號穩(wěn)壓管的 意壓值也不完全一致2.Iz 一額定電流：指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時(shí)通過該管的電流值.低丁此值時(shí),穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓,但穩(wěn)壓效果會變差 ；高丁此值時(shí),只要不超過額定 功率損耗,也是允許的,而且穩(wěn)壓性能會好一些,但要多消耗電能.3. Rz 動態(tài)電阻：指穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值.該比值隨工作電流的不同而改變,一般是工作電流愈大,動態(tài)電阻那么愈小.4.

12、 Pz 額定功耗：由芯片允許溫升決定,其數(shù)值為穩(wěn)定電壓 Vz和允許最大電流Izm的乘積3.13 LM324LM324系列器件帶有真差動輸入的四運(yùn)算放 大器,具有真正的差分輸入.與單電源應(yīng)用場合 的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比,它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn). 該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏 的電源下,靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分 之一.共模輸入范圍包括負(fù)電源,因而消除了在 許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性.TOP VIEW)1OUT 1iN- 1IN+ vcc C 2IN4 為"20 UT 11421S3124115106g784OUT4IN+GND3EN+3IN3OUT反

13、相輸入扇應(yīng)用LM324是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插 塑料封裝,夕卜形如下列圖.它的內(nèi)部包含四組形式完全 相同的運(yùn)算放大器,除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立.3.2數(shù)據(jù)處理模塊本模塊將數(shù)據(jù)采集模塊的輸出作為輸入,STM32將輸入值的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,顯示在LCD上.實(shí)物圖見附錄二：電路圖見附錄三：3.21 STM32開發(fā)板資源： CPU STM32F103RCT6LQFP64 FLASH:256K SRAM 48K; 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的JTAG/SWDM試下載口 1個(gè)電源指示燈藍(lán)色 2個(gè)狀態(tài)指示燈DSQ紅色,DS1:綠色 1個(gè)紅外接收頭,配備一款小巧的紅外遙控器 1個(gè)IIC 接口的EEPROM

14、5片,24C02,容量256字節(jié) 1個(gè)SPI FLASH芯片,W25Q64容量為8M字節(jié)即64M bit 1個(gè)DS18B20/DS1820溫度傳感器預(yù)留接口 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的2.4/2.8/3.5/4.3/7 寸LCD接口,支持觸摸屏 1個(gè)OLED模塊接口與LCD接口局部共用 1個(gè)USB申口接口,可用于程序下載和代碼調(diào)試 1個(gè)USB SLAVE接口,用于USB通信 1個(gè)SD卡接口 1個(gè)PS/2接口,可外接鼠標(biāo)、鍵盤 1組5V電源供應(yīng)/接入 1組3.3V電源供應(yīng)/接入口 1個(gè)啟動模式選擇配置接口 1個(gè)2.4G無線通信接口 1個(gè)RTC后備電池座,并帶電池 1個(gè)復(fù)位按鈕,可用于復(fù)位 MCU和LCD 3個(gè)功

15、能按鈕,其中 WK_UP兼具喚醒功能 1個(gè)電源開關(guān),限制整個(gè)板的電源 3.3V與5V電源TVS保護(hù),有效預(yù)防燒壞芯片.獨(dú)創(chuàng)的一鍵下載功能除晶振占用的IO 口外,其余所有IO 口全部引出,其中GPIOA和GPIOB按 順序引.特點(diǎn)1 小巧.整個(gè)板子尺寸為8cm*10cm*2cm 包括液晶,但不計(jì)算銅柱的高度.2 靈活.板上除晶振外的所有的IO 口全部引出,特別還有GPIOA和GPIOB 的IO 口是按 順序引出的,可以極大的方便大家擴(kuò)展及使用,另外板載獨(dú)特的一鍵下載功能,預(yù)防了頻繁設(shè)置B0、B1帶來的麻煩,直接在電腦上一鍵下載.3 資源豐富.板載十多種外設(shè)及接口,可以充分挖掘STM32的潛質(zhì).4

16、 質(zhì)量過硬.沉金PCB+全新優(yōu)質(zhì)元器件+定制全銅鍍金排針/排座+電源TVS 保護(hù),堅(jiān)假設(shè)磐石.5人性化設(shè)計(jì).各個(gè)接口都有絲印標(biāo)注,使用起來一目了然；接口位置設(shè)計(jì)安排合理,方 便順手.資源搭配合理,物盡其用.3.22TFT- LCDTFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器.其英文全稱為：Thin Film Transistor-LiquidCrystal Display.TFT-LCD 與無源 TN-LCDSTN-LCD的簡單矩陣不同,它在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管TFT,可有效地克服非選通時(shí)的申擾,使 顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān),因 此大大提升了圖像質(zhì)量.TFT-LCD

17、也被叫做 直彩液晶顯示器.特點(diǎn):1, 2.4 ' /2.8 ' /3.5 ' /4.3 ' /7 '5 種大小的屏幕可選.2,320X 240的分辨率3.5 '分辨率為：320*480 , 4.3 '和7 '分辨率為：800*480.3, 16位真彩顯示.4, 自帶觸摸屏,可以用來作為限制輸入.流程:3.23 ADC限制存放器ADC_CR1的各位描述ADC_CR的SCAN位,該位用于設(shè)置掃描模式,由軟件設(shè)置和活除,如果 設(shè)置為1 ,那么 使用掃描模式,如果為0,那么關(guān)閉掃描模式.在掃描模式下,由 ADC_SQR戒ADC_JSQRx

18、寄 存器選中的通道被轉(zhuǎn)換.如果設(shè)置了 EOCIE或 JEOCIE只在最后一個(gè)通道轉(zhuǎn)換完畢后才會產(chǎn) 生EOC或JEOC中斷.AD轉(zhuǎn)換,其詳細(xì)設(shè)置步驟如下：開啟PA 口時(shí)鐘,設(shè)置 PA1為模擬輸入. STM32F103RCT6勺ADC通道1在 PA1上,所以,我們先要使能PORTA的時(shí)鐘,然后設(shè) 置PA1為模擬輸入.2 使能ADC1時(shí)鐘,并設(shè)置分頻因子. 要使用ADC1,第一步就是要使能ADC1 的時(shí)鐘,在使能完時(shí)鐘之后,進(jìn)行一次ADC1的 復(fù)位.接著我們就可以通過RCC_CFG段置ADC1的分頻因子.分頻因子要保證 ADC1的時(shí)鐘ADCCLK不 要超過14Mhz.3 設(shè)置ADC1的工作模式.在設(shè)

19、置完分頻因子之后,我們就可以開始ADC1的 模式配置了,設(shè)置單次轉(zhuǎn)換模式、觸發(fā) 方式選擇、數(shù)據(jù)對齊方式等都在這一步 實(shí)現(xiàn).4 設(shè)置ADC1規(guī)那么序列的相關(guān)信息. 接下來我們要設(shè)置規(guī)那么序列的相關(guān)信息,我們這里只有一個(gè)通道,并且是單次轉(zhuǎn)換的,所以設(shè)置規(guī)那么序列中通道數(shù)為1ADC_SQR123:20=0000,然后設(shè)置通道1的采樣周期通過ADC_SMPR25:3 設(shè)置5開啟AD轉(zhuǎn)換器,并校準(zhǔn).在設(shè)置完了以上信息后,我們就開啟 AD轉(zhuǎn)換器,執(zhí)行復(fù)位校準(zhǔn)和AD校準(zhǔn),注意這兩步 是必須的！不校準(zhǔn)將導(dǎo)致結(jié)果很不 準(zhǔn)確.讀取ADC值.在上面的校準(zhǔn)完成之后,ADC就算準(zhǔn)備好了.接下來我們要做的 就是設(shè)置規(guī)那么

20、序列1里面的通道通過ADC_SQR34:0般置,然后啟動ADC 轉(zhuǎn)換.在轉(zhuǎn)換結(jié)束后,讀取 ADC1_DR里 面的值就是了.ADC的操作模式DUALMOD3:0：也軟攜卻 MfehUK.OOOOi 那么AOOOh是介的回拿蜩WH性入煩中映AOlOt趨汁的WW曜那么*女能觸戲橫AQCl1i0100i網(wǎng)件時(shí)A*慢忡根tOlOliOlis01114快埠女曾榛式tOMc慢璋交搟格式 10011n.t 0 ADCafilAD%中達(dá)駐位為眼劇位&中.微業(yè)通詭的!暨會產(chǎn)生一個(gè)收1U卜檎的條話薪與毀同步蕓失-建議在遇鉀任何K置改萱"關(guān)物小式.第四章軟件結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的程序如下所示：#includ

21、e "stm32f10x.h"#include "stdio.h"#include "chinese.h"#include "adc.h"#include "lcd.h"#include "usart.h"#include "delay.h"uint32_t sum=0;uint16_t vaul=0;初始化void RCC_Configuration() SystemInit();RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph

22、_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIO D|RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3|RCC_APB1Periph_TIM2,E NABLE);void GPIO_Configuration()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO

23、_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_

24、2;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);定時(shí)器初始化void TIM2_configuration()TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_DeInit(TIM2);TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=2000;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Presca

25、ler=0;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStruct);TIM_PrescalerConfig(TIM2,7199,TIM_PSCReloadMode_Immediate);TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);void TIM3_configuratio

26、n() (TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_DeInit(TIM3);TIM_ETRClockMode2Config(TIM3,TIM_ExtTRGPSC_OFF,TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted,0x00);TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=65535;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=0;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseInitStruct.TI

27、M_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct);void NVIC_configuration() 中斷初始化(NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_InitStr

28、uct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);int main(void) 主函數(shù)(u16 adcx,adcy,i=0;float temp,temperate;float y,y1;RCC_Configuration();delay_init(72);GPIO_Configuration();NVIC_configuration();TIM2_configuration();TIM3_configuration();TIM

29、_Cmd(TIM2,ENABLE);TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);uart_init(9600);LCD_Init();Adc_Init();POINT_COLOR=RED;LCD_Clear(WHITE);TEST_FONT();LCD_ShowString(130,60,"00.0");LCD_ShowString(130,150,"00.00%");while(1)POINT_COLOR=BLUE;adcy=Get_Adc(ADC_Channel_0);i+;sum+=adcy;if(i=99)i=0;adcx=sum/100;sum=0;temp=(float)adcx/28.76;temperate=temp;temp-=(u8)temp;LCD_ShowNum(130,60,(u8)temperate,2,16);temperate-=(u8)temperate;LCD_Sh