嵌入式課程設(shè)計溫度傳感器-課程設(shè)計 (1)

1、嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程設(shè)計 基于ARM9的溫度傳感器 學(xué) 號： 2012180401* 班 級： *1班 姓 名： 李* 指導(dǎo)教師： 邱* 課程設(shè)計任務(wù)書班 級: *姓 名： *設(shè)計周數(shù): 1 學(xué)分: 2指導(dǎo)教師: 邱選兵設(shè)計題目: 基于ARM9的溫度傳感器 設(shè)計目的及要求:目的：1. 熟悉手工焊錫的常用工具的使用及其維護與修理。2. 基本掌握手工電烙鐵的焊接技術(shù)，能夠獨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，元器件實物設(shè)計并制作印制電路板。4. 熟悉常用電子器件的類別、型號

2、、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. 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. 掌握和運用單片機的基本內(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)題目進行調(diào)研，確定實施方案，購買元件，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)計系統(tǒng)（包括硬件和軟件）；. 4. 完成課程設(shè)計報告設(shè)計內(nèi)容和方法:使用溫度傳感器PT1000，直接感應(yīng)外部的溫度變化。使用恒流源

3、電路，保證通過PT1000的電流相等，根據(jù)PT1000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)22.1 硬件框圖22.2 器件選用2第三章 硬件結(jié)構(gòu)33.1 數(shù)據(jù)采集模塊33.11 PT1000鉑熱電阻33.12 穩(wěn)壓二極管IN472853.13 LM32463.2 數(shù)據(jù)處理模塊73.21 STM3273.22TFT- LCD83.23 ADC 控制寄存器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17附錄一18附錄二19附錄三20第一章 緒論 溫度是表征物體冷熱程度的

4、物理量、是自然界中和人類打交道最多的兩個物理參數(shù)，無論是在生產(chǎn)實驗場所，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)化遠程采集溫濕度并報警是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個必然趨勢。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，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)的發(fā)展，新型溫度傳感器還會不斷涌現(xiàn)。鉑電阻溫度傳感器是用來測量空氣、土壤和水的溫度傳感器。該傳感器由精密級鉑熱電阻元件和經(jīng)特殊工藝處理的防護套組成，并用四芯屏蔽信號電纜線從敏感元件引出用于測量，通常可以采用四線測量法測量，以減少導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。本次實驗使用PT1000鉑熱電阻直接感應(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STM32單片機對數(shù)據(jù)進行AD轉(zhuǎn)換并且在LCD上顯示數(shù)據(jù)。 第2章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1 硬件框圖 本次實驗包括的溫度傳感器主要由兩個模塊組成：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)采集模塊由恒流源電路和放大電路組成，采集到與溫

6、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：傳感器硬件框圖放大器（5倍）恒流源（0.3mA） 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集 LCD顯示AD轉(zhuǎn)換STM32（ARM9） 數(shù)據(jù)處理模塊 2.2 器件選用在本次設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集模塊采用了PT1000鉑熱電阻、穩(wěn)壓二極管、電阻若干、以及運放四大類器件。數(shù)據(jù)處理模塊使用了STM32單片機和LCD顯示屏2大部分。本次設(shè)計的實物圖見附錄一。第3章 硬件結(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，通過恒流源電路圖，轉(zhuǎn)化成溫度與電壓的關(guān)系。最后

7、經(jīng)過放大器，將得到的電壓值進行放大，作為數(shù)據(jù)處理模塊的輸入值。電路圖如圖2所示：（實物圖見附錄一）。 圖2 數(shù)據(jù)采集模塊電路圖3.11 PT1000鉑熱電阻設(shè)計原理pt1000是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的1000即表示它在0時阻值為1000歐姆，在300時它的阻值約為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： 應(yīng)用范圍 醫(yī)療、電機、工業(yè)、溫度計算、阻值計算等高精溫度設(shè)備，應(yīng)用范圍非常之廣泛。技術(shù)參數(shù)輸入響應(yīng)時間（模塊內(nèi)數(shù)據(jù)更新率）為1秒同步測量1路隔離的48

8、5, MODBUS RTU通訊協(xié)議采用RS485二線制輸出接口時，具有+15kV的ESD保護功能速率（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功耗小于01W主機工作溫度范圍為40+85測量范圍為200+200存貯條件為40+85（RH：5%95%不結(jié)露）鉑電阻RT曲線圖表PT1000分度表3.12 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通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值

9、時，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。特性曲線特性參數(shù)1.Uz 穩(wěn)定電壓：指穩(wěn)壓管通過額定電流時兩端產(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。由于制造工藝的差別，同一型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。2.Iz 額定電流：指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時通過該管的電流值。低于此值時，穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓，但穩(wěn)壓效果會變差;高于此值時，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

10、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)電阻則愈小。4.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 LM324 LM324系列器件帶有真差動輸入的四運算放大器，具有真正的差分輸入。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。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。應(yīng)用 LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放

11、大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。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。實物圖見附錄二：電路圖見附錄三：3.21 STM32開發(fā)板資源： CPU：STM32F103RCT6，LQFP64，F(xiàn)LASH:256K，SRAM：48K； 1 個標準的 JTAG/SWD 調(diào)試下載口 1 個電源指示燈（藍色） 2 個狀態(tài)指示燈（DS0：紅色，DS1：綠色） 1 個紅外接收頭，配備一款小巧的紅外遙控器 1 個 IIC 接口的 EEPROM 芯片，24C02，容量 256 字節(jié) 1 個 SPI FLASH 芯片，W25Q64，容量為

12、 8M 字節(jié)（即 64M bit） 1 個 DS18B20/DS1820 溫度傳感器預(yù)留接口 1 個標準的 2.4/2.8/3.5/4.3/7 寸 LCD 接口，支持觸摸屏 1 個 OLED 模塊接口（與 LCD 接口部分共用） 1 個 USB 串口接口，可用于程序下載和代碼調(diào)試 1 個 USB SLAVE 接口，用于 USB 通信 1 個 SD 卡接口 1 個 PS/2 接口，可外接鼠標、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 個啟動模式選擇配置接口 1 個 2.4G 無線通信接口 1 個 RTC 后備電池座，并帶電池 1 個復(fù)位按鈕，可用于復(fù)位 MCU

13、和 LCD 3 個功能按鈕，其中 WK_UP 兼具喚醒功能 1 個電源開關(guān)，控制整個板的電源 3.3V 與 5V 電源 TVS 保護，有效防止燒壞芯片。 獨創(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1） 小巧。整個板子尺寸為 8cm*10cm*2cm（包括液晶，但不計算銅柱的高度）。 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展及使用，另外板載獨特的一鍵下載功能，避免了頻 繁設(shè)置 B0、B1 帶來的麻煩，直接在電腦上一鍵下

14、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） 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，堅若磐 石。 5） 人性化設(shè)計。各個接口都有絲印標注，使用起來一目了然；接口位置設(shè)計安排合理，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-Liquid Crystal Display。TFT-LCD 與無源 TN-LCD、STN-LCD 的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個象 素上都設(shè)置有一個薄膜晶體管（TFT）

15、，可有效地克服非選通時的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特 性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT-LCD 也被叫做真彩液晶顯示器。 特點：1，2.4/2.8/3.5/4.3/7 5 種大小的屏幕可選。 2，320×240 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，可以用來作為控制輸入。 流程：3.23 ADC 控制寄存器 ADC_CR1 的各位描述 ADC_CR1 的 SCAN 位，該位用于設(shè)置掃描模式，由軟件設(shè)置和清除，如果設(shè)置為 1，則 使用掃描模式，如果為 0，則關(guān)閉掃描模式。在掃描模式下，由

16、 ADC_SQRx 或 ADC_JSQRx 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，其詳細設(shè)置步驟如下： 開啟 PA 口時鐘，設(shè)置 PA1 為模擬輸入。 STM32F103RCT6 的 ADC 通道 1 在 PA1 上，所以，我們先要使能 PORTA 的時鐘，然后設(shè) 置 PA1 為模擬輸入。 2）使能 ADC1 時鐘，并設(shè)置分頻因子。 要使用 ADC1，第一步就是要使能 ADC1 的時鐘，在使能完時鐘之后，進行一次 ADC1 的 復(fù)位。接著我們就可以通過 RCC_CFGR 設(shè)置 ADC1

17、 的分頻因子。分頻因子要確保 ADC1 的時 鐘（ADCCLK）不要超過 14Mhz。 3）設(shè)置 ADC1 的工作模式。 在設(shè)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現(xiàn)。 4）設(shè)置 ADC1 規(guī)則序列的相關(guān)信息。 接下來我們要設(shè)置規(guī)則序列的相關(guān)信息，我們這里只有一個通道，并且是單次轉(zhuǎn)換的，所 以設(shè)置規(guī)則序列中通道數(shù)為 1（ADC_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。 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

18、校準和 AD 校準，注意這兩步 是必須的！不校準將導(dǎo)致結(jié)果很不準確。 讀取 ADC 值。 在上面的校準完成之后，ADC 就算準備好了。接下來我們要做的就是設(shè)置規(guī)則序列 1 里面 的通道（通過 ADC_SQR34:0設(shè)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 的操作模式第4章 軟件結(jié)構(gòu)本次設(shè)計的程序如下所示：#include "stm32f10x.h" #include "stdio.h"#include "chinese.h"#include "adc.h"#in

19、clude "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_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_AP

20、B1Periph_TIM3|RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE); void GPIO_Configuration() GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure

21、.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_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPI

22、O_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure); /定時器初始化 void TIM2_configuration()TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_DeInit(TIM2);TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=2000;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=0;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_C

23、lockDivision=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_configuration()TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_DeInit(TIM3);TIM_ETRClockMode2Config(T

24、IM3,TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted,0x00);TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=65535;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=0;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=0;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct);void NVIC

25、_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_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_P

26、riorityGroup_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_Cmd(TIM2,ENABLE);TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);uart_init(9600);LCD_Init();Adc_Init();POINT_COLOR=R

27、ED;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_ShowNu