基于的室内温度控制新版系统.doc
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1、题 目 基于STM32室内温度控制系统_ 学生姓名 李枝玲 学号 _ 所在学院 陕西理工学院_ 专业班级 电子信息工程_ 指引教师 梁芳_ 完毕地点 物理与电信工程实验室_ 年 5 月 29 日基于STM32室内温度控制系统李枝玲(陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 电子1205班,陕西汉中723000)指引教师:梁芳 摘要 本设计是以STM32单片机为核心温度控制系统。采用DS18B20温度传感器实现对温度采集,并用TFT液晶屏对温度进行显示。通过对元器件选取,设计系统硬件电路,从而设计有关应用程序,制作实物,实现温度采集、显示、控制等功能。成果表白,所设计温度控制系统基本可
2、以完毕所需功能,并且具备测量精准高、实时性好、使用以便等特点。 核心词 温度控制; DS18B20;STM32单片机 Indoor temperature control system based on STM32Zhiling Li (Electronic information engineering,School of physics and telecommunication engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhoung 723000,Shaanxi,1205)Tutor:Fang LiangAbstract This d
3、esign is based on STM32 microcontroller as the core of the temperature control system.Using DS18B20 temperature sensor to achieve the temperature of the collection,the use of TFT LCD screen to display the temperature. the hardware circuit of the system is designed through the selection of components
4、;So as to design the related application,make the object,realize the function of temperature acquisition,display,control and other functions.The results show that the designed temperature control system can basically complete the required functions,and has the characteristics of high precision,good
5、real-time performance,easy to use,and so on.Keywords temperature control;DS18B20;STM32 single chip microcompute目录绪论11 系统总体设计21.1系统功能规定21.2系统方案论证21.3系统设计框图21.4 详细控制选取21.4.1 控制器选取21.4.2 温度传感器32 硬件设计42.1硬件构成42.2 控制模块42.2.1 STM32简介42.2.2 STM32重要长处52.2.3 STM32开发板62.3 最小系统设计72.4 温度采集模块82.4.1 DS18B20简介82.4
6、.2 DS18B20工作原理简介82.4.3 DS18B20使用中注意事项92.4.4 DS18B20与STM32单片机连接电路92.5 显示模块102.5.1 TFTLCD液晶显示简介102.5.2 ALIENTEK 2.8液晶简介102.6 按键模块112.7 电源模块122.8 风机模块123 系统软件设计133.1 主程序133.2 温度采集子程序143.4 按键子程序164 系统调试174.1 硬件调试174.2 软件调试174.3 联合调试174.4 故障分析175 总结与展望195.1 总结195.2 展望19道谢20参照文献21附录A 外文及翻译22原文22译文29附录B 系统
7、电路图35附录C 实物图36附录D 程序清单37绪论在人类生活环境中,温度扮演着极其重要角色。特别是在冶金、医药、食品制造和化学制造业等行业特别显得重要。在恰当温度下生产产品质量、产量和合格率会大大提高。有些药物生产和存储要在很低温度下进行;石油分馏过程中在不同温度下才干分离出汽油、柴油、煤油、硫化物;食品制造和存储也要在特定温度下才干保证质量。在农业大棚蔬菜和室内圈养牲口对于环境温度规定也很高,大棚蔬菜温度基本上要保证在2030。鸡舍育雏期温度要控制在36左右。随着社会生产力和科学技术发展,工农业生产和生活中对于温度规定会越来越高,因而可以检测温度变化温度检测设备出当前人们视线中。它能使人们
8、能及时看到温度变化第一手资料,提示温度变化状况,协助人们及时调节,让温度控制更好服务于整个社会和人们生活。 近年来随着电子信息技术飞速发展,人类生活发生了很大变化,特别是随着大规模集成电路浮现,微型计算机应运而生,让人类社会进入了一种崭新时代。但是由于微型计算机成本较高,在诸多工业控制中并不是最佳选取。因此单片机由于价格低廉、可靠性高,性能稳定以及独特定期、计数功能而被广泛应用在工业控制,工业生产,家用电器制造等方面,单片机应用在不断走向深处,在实时检测与自动控制单片机应用系统中,单片机普通是用来做核心部件,由详细硬件构造与控制对象特点,和软件相结合来加以完善9。温度是表达物体冷热限度物理量,
9、工农业生产过程中温度是一种非常重要参数。温度测量在产品生产,工业设计,能源节约中发挥到了核心性作用。随着科学技术进步和生产需要,温度传感器不断更新和丰富起来。温度作为一种模仿量,如果采用适当技术和元件,把模仿温度量转化为数字量虽然说不难,但电路比较复杂,成本也太高。温度测量中测量温度是重点,本设计中单片机温度测量同样如此11。 温度控制系统惯用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定程序变化。由于温度自身某些特点,如惯性大、滞后现象严重、难以建立精准数学模型等,老式控制方式由于其控制精度不高、不能及时跟踪对象特性变化等因素导致控制系统性能不佳。本设计基于这一点,选用品有高性能而又经济STM32单片
10、机作为控制器,所用算法为位置型PID控制算法,完毕了对系统设计8。本课题设计方案具备可行性和一定推广性,若可以应用于实际生产生活中,将会对提高公司自动化水平、减少生产成本、减轻工人劳动强度、提高生活质量等方面起到积极增进作用。1 系统总体设计1.1系统功能规定该设计重要由单片机最小系统模块,温湿度采集模块、显示模块和键盘模块,报警模块等构成,以STM32单片机作为核心解决器。重要完毕功能有如下几点:对室内温度进行实时检测、可按照指令变化控制参数、将检测温度显示出来。1.2系统方案论证电路总体可以分为温度采集模块、单片机STM32最小系统模块、电机驱动模块、按键模块以及显示模块等。以STM32单
11、片机最小系统作为核心控制电路,传感器采集温湿度作为STM32 输入,电机驱动模块、TFTLCD2.8寸液晶屏,以及按键模块作为STM32 输出。采集温度方面由DS18B20温度传感器来完毕,它是一种数字温度传感器、内置模数转换,可直接与单片机相连接。而TFTLCD2.8寸液晶显示屏是插针式,也可以直接与单片机相连接。通过DS18B20传感器采集当前温湿度值、经单片机将其解决后数据送到TFTLCD液晶显示屏来进行显示,重要显示测得实时温度与设定温度上下限。运用键盘设立温度阈值,如果当前采集实时温度不在设定温度阈值范畴之内,则由STM32单片机发出指令来控制电机驱动模块,使电机正常工作来实现室内温
12、度控制。1.3系统设计框图功按照系统能详细规定,在保证明现其功能基本上,尽量减少系统成本。总体设计方案环绕上述思想,初步拟定系统方案如图1.1所示 STMF103RCT6控制器晶振电路DS18B20电机驱动LCD显示按键电路复位电路LED批示 图1.1 功能模块框图1.4 详细控制选取1.4.1 控制器选取方案一:选用STM32F103ZET6单片机该单片机有144个引脚,为32微解决器M3内核,最大时钟频率可达到72MZhz,解决速度快,效率高。其内部有8个定期器,内个能输出4路PWM波,且有六个能能配备4个通道捕获。同步内部尚有多路AD、DA等,配备有SPI、I2C接口等,内部资源极为丰富
13、,用该解决器为设计带来很大以便5。方案二:选用STM32F103RCT6单片机 该单片机有64个引脚,跟上述STM32ZET6功能极为相似,同样也有多路PWM、输入捕获、AD、DA,配有SPI、I2C等接口,内部资源较为丰富。但是相比STM32ZET6,该单片机体积小,引脚少。内部只有四个定期器(定期器1到定期器4),但是都具备计数、产生PWM波及输入捕获功能5。方案一中STM32F103ZET6管脚太多且体积较大,虽然内部资源丰富,但是好多没用到。而STM32F103RCT6内部不但集成了设计所需要功能并且体积小、引脚少,同步相比STM32F103ZET6价格更便宜。因此选用STM32F10
14、3RCT6作为主控器。1.4.2 温度传感器方案一:数字温度传感器如DS18B20 该传感器重要特性如下:数据线供电方式是在寄生电源方式下供电,电压适应范畴比较宽,电压范畴为:3.05.5V;DS18B20在和单片机连接时仅仅需一条总线就可以实现DS18B20和单片机双向通信,它单线接口方式十分特殊,但也十分以便;各种DS18B20可以并联在唯一三线上,可以实现组网多点测温功能;所有传感器元件和转换电路就像一只三极管集成在集成电路内,DS18B20在使用时候不需要任何外围元件;测温范畴55+125,在-10+85时精度在0.5范畴内;有912位可编程辨别率,相相应可辨别温度依次为0.5、0.2
15、5、0.125和0.0625,因而可以实现高精度测温;9位辨别率时最大可在 93.75毫秒内把温度转换为数字,12位辨别率时最多能在750毫秒内把模仿温度值转换为数字量,速度更快;直接把测量出数字温度信号成果输出,可传送CRC校验码,同步用单总线串行方式传递给CPU,抗干扰和纠错能力都较强;负压特性:把电源极性接反时候,芯片不会由于发热而烧毁,但是也不能正常工作10。方案二:热电阻温度传感器热电阻测量精度高,性能稳定,使用以便,测量范畴比较宽,在高精度、低温测量中占有重要地位。热电阻传感器重要用于中低温度(-200+650或850)范畴温度测量。惯用工业原则化热电阻有铂热电阻和铜热电阻。铂电阻
16、传感器是运用金属铂(Pt)电阻值随温度变化而变化物理特性而制成温度传感器3。以铂电阻作为测温元件进行温度测量核心是要能精确地测量出铂电阻传感器电阻值。铂电阻具备合用范畴广、测量范畴大、稳定性高、重复性好、价格低廉、使用以便等长处,成为当前工业和实验室中温度测量应用最广泛普遍传感元件之一,工业中应用较多热电阻传感器如Pt100。通过比较,虽然方案二测量温度范畴比较大,但是由于它测温原理是电阻值随着温度变化而不断变化,因而需要设计出非常优良温度采集电路,其中应涉及测温某些,线性化某些,放大某些,A/D转换某些,这就会使外围电路复杂性大大增长。方案一数字式温度传感器,用一根数据总线就可以和单片机进行
17、通信,使其外围电路大大简化,测量精度更加精确。因而在本设计中选取方案一作为温度采集传感器。2 硬件设计2.1硬件构成 硬件重要涉及:温度采集模块、单片机STM32最小系统模块、电机驱动模块、按键模块以及显示模块。2.2 控制模块该模块重要任务是完毕单片机所发出升温或降温操作。单片机STM32F103RCT6做CPU,DS18B20采集温度直接输出数字信号,单片机进行解决与执行。当温度高于设定温度上限值时,单片机向温度控制执行电路发送降温命令,同步发光二极管绿灯亮,提示使用者温度过高正在进行降温,启动风机等操作。当温度低于设定温度下限时,单片机向温度控制执行电路发送升温命令,同步发光二极管红灯亮
18、,提示使用者温度过低正在进行升温操作。控制模块如图2.1所示。图2.1 控制模块2.2.1 STM32简介STM32系列是为规定高性能、低成本、低功耗嵌入式应用专门设计ARM Cortex-M3内核。按性能提成两个不同系列:“增强型”STM32F103系列和“基本型”STM32F101系列。增强型系列时钟频率能达到72MHz,是同类产品中频率最高;基本型时钟频率为36MHz,用16位产品同样价格得到比16位产品更大性能,是16位产品最佳选取。两个系列均有内置32K到128K闪存,不同是SRAM最大容量和外设接口组合。时钟频率为72MHz时,从闪存执行代码来看,STM32功耗36mA,是32位市
19、场上功耗最低产品,相称于0.5mA/MHz6。以STM32103RCT6单片机为解决器,该单片机为32位解决器。内核为Cortex-M3,其并行总线构造,嵌套中断向量控制单元,调试系统和它原则存储映射。嵌套中断向量控制器(Nested Vector Interrupt Controller,简称NVIC)是Cortex-M3解决器中一种比较核心组件,它为基于Cortex-M3微控制器提供了原则中断架构和先进中断响应能力,为超过240个中断源提供专门中断入口,并且可觉得每个中断源赋予单独优先级。采用NVIC可以达到非常快中断响应速度,从收到中断祈求到执行中断服务第一条指令仅需12个周期。这种极快
20、响应速度一方面得益于Cortex-M3内核对堆栈自动解决机制,这种机制是通过固化在CPU内部微代码实现。另一方面,在中断祈求持续浮现状况下,NVIC使用一种称为“尾链”技术,使持续而来中断可以在6个时钟周期内得到服务。在中断压栈阶段,更高优先级中断可以不耗费任何额外CPU周期就能完毕嵌入低优先级中断动作。详细细节背面我会继续总结。顾客可以通过设立CPU自动进入低功耗状态,而使用中断来将其唤醒,CPU在中断时间来临之前会始终保持睡眠状态7。Cortex-M3CPU支持两种运营模式:线程模式(Thread Mode)与解决模式(Handler Mode)并且需要注意是,这两种模式都拥有各自独立堆栈
21、。这种设计使得开发人员可以进行更为精密程序设计,对实时操作系统支持也就更好了。Cortex-M3解决器还包括了一种24位可自动重装载定定期器,可觉得内核(RTOS)提供一种周期中断。在指令集方面,ARM7和ARM9均有两种指令集(32位指令集和16位指令集),而Cortex-M3系列解决器支持Thumb-2指令集。由于Thumb-2指令集融合了Thumb指令集和ARM指令集,使得32位指令集性能和16位指令集代码密度之间获得了平衡5。 专业嵌入式、单片机技术实训。并且,ARM Thumb-2 专门为C/C+编译器设计,这就意味着Cortex-M3系列解决器开发应用可以所有在C语言环境中完毕。S
22、TM32微控制器推出标志着ST公司在两条产品主线(低价位主线和高性能主线)上迈出了重大一步。STM32最初发布时有14个不同型号,分为两个版本:最高CPU时钟为72MHZ“增强型”和最高CPU时钟为36MHZ“基本型”。这些不同STM32型号里内置Flash最大可达128KB,SRAM最大为20KB,在STM32发布之初,配备更大Flash,RAM和更复杂外设版本就已经在规划之中了。不论是什么版本,什么型号STM32器件,它们在引脚功能和应用软件上是兼容。这就使得开发人员在使用STM32系列微控制器时,不必改动PCB就可以依照需要随意更换器件型号。乍一看STM32设备配备,与往日熟悉51单片机
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