嵌入式课程设计温度传感器-课程设计 (1)

嵌入式系统原理与应用

课程设计

—基于ARM9的温度传感器

学号：2012180401**

班级：**************1班

姓名：李*

指导教师：邱*

课程设计任务书

班级: *************

姓名：*****

设计周数: 1 学分: 2

指导教师: 邱选兵

设计题目: 基于ARM9的温度传感器

设计目的及要求:

目的：

1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。

2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊

接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。

3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能

够根据电路原理图，元器件实物设计并制作印制电路板。

4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的

电子器件图书。

5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表和数字

万用表。

6.掌握和运用单片机的基本内部结构、功能部件、接口技术以及应用技术。

7.各种外围器件和传感器的应用；

8.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。

要求：

1.学生都掌握、单片机的内部结构、功能部件，接口技术等技能；

2.根据题目进行调研，确定实施方案，购买元件，并绘制原理图，焊接电路板，

调试程序；

3.焊接和写汇编程序及调试，提交课程设计系统（包括硬件和软件）；.

4.完成课程设计报告

设计内容和方法:使用温度传感器PT1000，直接感应外部的温度变化。使用恒流源电路，保证通过PT1000的电流相等，根据PT1000的工作原理与对应关系，得到温度与电阻的关系，将得到的电压放大20倍。结合ARM9与LCD，将得到的参量显示在液晶屏上。

目录

第一章绪论 (1)

第二章系统总体结构 (2)

2.1 硬件框图 (2)

2.2 器件选用 (2)

第三章硬件结构 (3)

3.1 数据采集模块 (3)

3.11 PT1000铂热电阻 (3)

3.12 稳压二极管IN4728 (5)

3.13 LM324 (6)

3.2 数据处理模块 (6)

3.21 STM32 (6)

3.22TFT- LCD (8)

3.23 ADC 控制寄存器 (9)

第四章软件结构 (11)

第五章总结 (16)

第六章参考文献 (17)

附录一 (18)

附录二.......................................................................................... 错误！未定义书签。附录三.......................................................................................... 错误！未定义书签。

第一章绪论

温度是表征物体冷热程度的物理量、是自然界中和人类打交道最多的两个物理参数，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温湿度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温湿度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占50%。

温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。

铂电阻温度传感器是用来测量空气、土壤和水的温度传感器。该传感器由精密级铂热电阻元件和经特殊工艺处理的防护套组成，并用四芯屏蔽信号电缆线从敏感元件引出用于测量，通常可以采用四线测量法测量，以减少导线电阻引起的测量误差。本次实验使用PT1000铂热电阻直接感应外部环境的温度，PT1000根据温度与电阻的对应关系，通过STM32单片机对数据进行AD转换并且在LCD上显示数据。

第二章 系统总体结构

2.1 硬件框图

本次实验包括的温度传感器主要由两个模块组成：数据采集模块和数据处理模块（硬件框图如图1）。数据采集模块由恒流源电路和放大电路组成，采集到与温度有对应关系的电压值。数据处理模块将数据模块的输出作为输入，使用STM32的AD 转换，将数据转换为数字量显示在LCD 上。

图1：传感器硬件框图

数据采集

2.2 器件选用

在本次设计中，数据采集模块采用了PT1000铂热电阻、稳压二极管、电阻若干、以及运放四大类器件。

数据处理模块使用了STM32单片机和LCD 显示屏2大部分。本次设计的实物图见附录一。

恒流源

（0.3mA ） 放大器（5倍）

STM32（ARM9）

AD 转换

LCD 显示

数据采集模块 数据处理模块

第三章硬件结构

3.1 数据采集模块

数据采集模块主要负责采集温度的信息，根据温度为与电阻的对应关系，通过恒流源电路图，转化成温度与电压的关系。最后经过放大器，将得到的电压值进行放大，作为数据处理模块的输入值。电路图如图2所示：（实物图见附录一）。

图2 数据采集模块电路图

3.11 PT1000铂热电阻

设计原理

pt1000是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的1000即表示它在0℃时阻值为1000欧姆，在300℃时它的阻值约为2120.515欧姆。它的工业原理：当PT1000在0摄氏度的时候他的阻值为1000欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。电阻与温度的关系：

=

1000+

T

R8.3

应用范围

医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

技术参数

输入响应时间（模块内数据更新率）为1秒同步测量

1路隔离的485, MODBUS RTU通讯协议

采用RS－485二线制输出接口时，具有+15kV的ESD保护功能

速率（bps）可在1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200中选择

精度等级：0.2级

供电电源：+7.5～30V

功耗小于0．1W

主机工作温度范围为－40℃～+85℃

测量范围为－200℃～+200℃

存贮条件为－40℃～+85℃（RH：5%～95%不结露）

铂电阻RT曲线图表

PT1000分度表

3.12 稳压二极管IN4728

工作原理

稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普

通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向

击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但

是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电

流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反

向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内

变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电

压附近，从而实现了二极管的稳压功能。

特性曲线

特性参数

1.Uz—稳定电压：指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。

2.Iz—额定电流：指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。

3.Rz—动态电阻：指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。

4.Pz—额定功耗：由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。

3.13 LM324

LM324系列器件带有真差动输入的四运算放

大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合

的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏

的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分

之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在

许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

应用

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插

塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全

相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

3.2 数据处理模块

本模块将数据采集模块的输出作为输入，STM32将输入值的模拟量转化为数字量，显示在LCD上。实物图见附录二：电路图见附录三：

3.21 STM32

开发板资源：

◆ CPU：STM32F103RCT6，LQFP64，FLASH:256K，SRAM：48K；

◆ 1 个标准的 JTAG/SWD 调试下载口

◆ 1 个电源指示灯（蓝色）

◆ 2 个状态指示灯（DS0：红色，DS1：绿色）

◆ 1 个红外接收头，配备一款小巧的红外遥控器

◆ 1 个 IIC 接口的 EEPROM 芯片，24C02，容量 256 字节

◆ 1 个 SPI FLASH 芯片，W25Q64，容量为 8M 字节（即 64M bit）

◆ 1 个 DS18B20/DS1820 温度传感器预留接口

◆ 1 个标准的 2.4/2.8/3.5/4.3/7 寸 LCD 接口，支持触摸屏

◆ 1 个 OLED 模块接口（与 LCD 接口部分共用）

◆ 1 个 USB 串口接口，可用于程序下载和代码调试

◆ 1 个 USB SLAVE 接口，用于 USB 通信

◆ 1 个 SD 卡接口

◆ 1 个 PS/2 接口，可外接鼠标、键盘

◆ 1 组 5V 电源供应/接入

◆ 1 组 3.3V 电源供应/接入口

◆ 1 个启动模式选择配置接口

◆ 1 个 2.4G 无线通信接口

◆ 1 个 RTC 后备电池座，并带电池

◆ 1 个复位按钮，可用于复位 MCU 和 LCD

◆ 3 个功能按钮，其中 WK_UP 兼具唤醒功能

◆ 1 个电源开关，控制整个板的电源

◆ 3.3V 与 5V 电源 TVS 保护，有效防止烧坏芯片。

◆独创的一键下载功能

◆除晶振占用的 IO 口外，其余所有 IO 口全部引出，其中 GPIOA 和 GPIOB 按顺序引。

特点

1）小巧。整个板子尺寸为8cm*10cm*2cm（包括液晶，但不计算铜柱的高度）。2）灵活。板上除晶振外的所有的IO 口全部引出，特别还有GPIOA 和GPIOB 的IO 口是按顺序引出的，可以极大的方便大家扩展及使用，另外板载独特的一键下载功能，避免了频繁设置B0、B1 带来的麻烦，直接在电脑上一键下载。

3）资源丰富。板载十多种外设及接口，可以充分挖掘STM32 的潜质。

4）质量过硬。沉金PCB+全新优质元器件+定制全铜镀金排针/排座+电源TVS 保护，坚若磐石。

5）人性化设计。各个接口都有丝印标注，使用起来一目了然；接口位置设计安排合理，方便顺手。资源搭配合理，物尽其用。

3.22TFT- LCD

TFT-LCD 即薄膜晶体管液晶显示器。其

英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid

Crystal Display。TFT-LCD 与无源 TN-LCD、

STN-LCD 的简单矩阵不同，它在液晶显示屏

的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管

（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使

显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因

此大大提高了图像质量。TFT-LCD 也被叫做

真彩液晶显示器。

特点：

1，2.4’/2.8’/3.5’/4.3’/7’ 5 种大小的屏幕可选。

2，320×240 的分辨率（3.5’分辨率为:320*480，4.3’和 7’分辨率为：800*480）。3，16 位真彩显示。

4，自带触摸屏，可以用来作为控制输入。

流程：

3.23 ADC 控制寄存器

ADC_CR1 的各位描述

ADC_CR1 的 SCAN 位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和清除，如果设置为 1，则使用扫描模式，如果为 0，则关闭扫描模式。在扫描模式下，由ADC_SQRx 或 ADC_JSQRx 寄存器选中的通道被转换。如果设置了 EOCIE 或JEOCIE，只在最后一个通道转换完毕后才会产生 EOC 或 JEOC 中断。

AD 转换，其详细设置步骤如下：

开启 PA 口时钟，设置 PA1 为模拟输入。 STM32F103RCT6 的 ADC 通道 1 在PA1 上，所以，我们先要使能 PORTA 的时钟，然后设置 PA1 为模拟输入。

2）使能 ADC1 时钟，并设置分频因子。要使用 ADC1，第一步就是要使能 ADC1 的时钟，在使能完时钟之后，进行一次 ADC1 的复位。接着我们就可以通过RCC_CFGR 设置 ADC1 的分频因子。分频因子要确保 ADC1 的时钟（ADCCLK）不要超过 14Mhz。

3）设置 ADC1 的工作模式。在设置完分频因子之后，我们就可以开始 ADC1 的模式配置了，设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。

4）设置 ADC1 规则序列的相关信息。接下来我们要设置规则序列的相关信息，我们这里只有一个通道，并且是单次转换的，所以设置规则序列中通道数为 1（ADC_SQR1[23:20]=0000），然后设置通道 1 的采样周期（通过 ADC_SMPR2[5:3]设置）

5）开启 AD 转换器，并校准。在设置完了以上信息后，我们就开启 AD 转换器，执行复位校准和 AD 校准，注意这两步是必须的！不校准将导致结果很不准确。

读取 ADC 值。在上面的校准完成之后，ADC 就算准备好了。接下来我们要做的就是设置规则序列 1 里面的通道（通过 ADC_SQR3[4:0]设置），然后启动 ADC 转换。在转换结束后，读取 ADC1_DR 里面的值就是了。

ADC 的操作模式

第四章软件结构

本次设计的程序如下所示：

#include "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_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_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_2;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);

}

//定时器初始化

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_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_configuration()

{

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.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct);

}

void NVIC_configuration()//中断初始化

{

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_PriorityGroup_0);

}

int main(void) //主函数

{

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=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_ShowNum(154,60,temperate*100,2,16);

}

y=(float)(487.5-vaul*5/44);

y1=y;

y-=(u8)y;

LCD_ShowNum(130,150,(u8)y1,2,16);

y1-=(u8)y1;

LCD_ShowNum(154,150,y1*100,2,16);

}

}

void TIM2_IRQHandler()

{

TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);

vaul=TIM_GetCounter(TIM3);

vaul=vaul*5;

TIM_SetCounter(TIM3, 0x0);

TIM_SetCounter(TIM2, 0x0);

TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);

TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);

}

第五章总结

1、可实现的功能

可实时检测空气中的温度，并且将温度的值显示在LCD上。方便人随时观看现在的温度。适用于生产实验场所，居住休闲场所等地方。

2、存在的问题

由于电阻也有随温度变化而变化的特性，导致温度传感器的精度不高；

STM32的采样周期较短，得到的数据实际应用不高；

LCD显示不稳定。

3、收获

通过此次课程设计，很好的将温度传感器和ARM9联系在一起使用。了解了STM32芯片的使用方式、AD转换的指令、PT1000的工作原理以及LM324集成运放芯片的应用。将理论知识运用到实物的操作中，提高了动手能力和思维逻辑能力。只有谨慎的思考和制作，才能完成任务。

本次使用的器件可以应用在生活中的各个方面。例如：医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等各个领域。

第六章参考文献

【1】常华等，嵌入式系统原理与应用，北京：清华大学出版社，2013

【2】滕英岩，嵌入式系统开发基础—基于ARM微处理器和linux操作系统，北京：电子工业出版社，2008

【3】黄智伟等，ARM微控制器应用设计与实践，北京：北京航空航天大学出版社，2012

【4】戴蓉等，传感器原理与工程应用，北京：电子工业出版社，2013

【5】宿元斌，集成温度控制器及其应用，中国仪器仪表，2006

【6】https://www.360docs.net/doc/431608507.html,/search/none?word=pt1000温度传感器