基于ARM的多点温度采集及记录仪.docx

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基于ARM的多点温度采集及记录仪

基于ARM的多点温度采集及记录仪

【摘要】

现在很多地点需要多路温度采集，比如油罐中温度需均衡，钻井机探头各方向温度变化等。

本设计可运用于以上场地中，操作员可以直观的看见个点的温度变化，以采取必要的措施。

基于ARM的多点温度采集及记录仪有功耗低，记录方便，直观人机界面，低成本等特点。

可以灵活运用于各种场所。

它采用先进的ARM内核的32位单片机，保证了通常的处理速度。

2.4寸16位彩屏是其独到的特点。

此外，记录的数据会以文本文档格式存储在多媒体SD内，一目了然地观察数据变化。

关键词：

多路温度　彩屏ARMSD

Abstract:

Manysitesrequiremulti-channeltemperatureacquisition,suchastanktemperaturebalanceddrillingmachine,thetemperatureprobe.Thisdesigncanbeusedinaboveground,theoperatorcanvisuallyseepointsoftemperaturechange,totakethenecessarymeasures.ARMbasedmultipointtemperaturecollectingandrecordingapparatushavinglowpowerconsumption,convenienttorecord,andintuitiveman-machineinterface,lowcostetc.Canbeflexiblyusedinvariousplaces.ItusesadvancedARMcore32bitsinglechipmicrocomputer,toensuretheusualprocessingspeed.2.4inch16colorisitsuniquecharacteristics.Inaddition,therecordeddatatoatextdocumentformatisstoredinamultimediaSDstickoutamile,toobservethechangesofdata.

Keywords:

MultichanneltemperatureTFTARMSD

1方案论证与比较

1.1温度传感器部分

方案一

有热敏电阻与三个精密电阻组成电阻桥，通过差动放大器对信号进行放大，再通过12位AD转换器取得数字量，通过线性函数关系换算出温度值。

本方案特点是测量温度范围宽。

但是，由于本设计需多路温度测量，必需ADC达到五个通道以上。

此外，模拟器件也加大电路调试难度和日后的经常维护。

方案二

采用数字一体化传感器DS18B20。

独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用，无需外部元件，可用数据总线供电。

测温范围－55℃～+125℃，分辨率12位，精度0.2℃。

接口原理简单，无需调试即可实现温度采集。

图1

1.2显示部分

方案一

LCD12864是一款带有中文字库的LCD显示屏，最大的特点是功耗低，即使在无背光的情况下，可以清晰的看见显示内容。

但是，它的分辨率只有128*64不可能同时显示五个温度数据，这样只有分时显示，牺牲了编程的简单性。

方案二

现以二十一世纪，彩屏时代的到来加速了电子设备的前沿性。

彩色显示，高分辨率。

是人机界面达到优化，更能显示出很多的信息。

本方案采用模组型号为TM240320C1NFWGWCG-1的TFT显示屏。

参数为：

分辨率240*320，65536色。

控制器ili9325。

16位8080总线驱动。

2系统设计

2.1总体设计思路

根据设计要求，结合考虑过的各种方案充分利用模拟和数字系统的各优点，发挥其优势。

画出了以下系统总框图。

图2

2.2电路设计

2.2.1处理器电路

处理器采用意法半导体设计生产的STM32F103VE，它采用英国ARM公司设计的CROTEX内核，90nm制程，最高时钟频率72MHZ,片内512KBflash，64KBROM

该器件100脚LQFP100封装。

外围电路如下图所示：

图3

2.2.2温度传感器电路

温度传感器采用DALLAS公司生产的DS18B20，在出厂时每个传感器会附上全球唯一的器件ID号。

被设计中就采用读取内部ID号的方法来识别温度数据是从哪个传感器上传输来的，五个传感器数据线接同一IO口，MCU管脚位PA0.

五个传感器ID号分别如下表所示：

表1

传感器连接图如下所示：

图4

由于DS18B20是数字传感器，因此读出来的温度值是有两个字节组成的。

假设读出来的两字节分别是X（高字节）和Y（低字节），则计算公式位：

Temp=（（X<<12）+Y）*0.0625

2.2.3显示器电路

TFT屏采用TM240320C1NFWGWCG-1，共有36跟脚，彩屏供电电压3.3V，背光点压12V，通过MI0,MI1,MI2,MI3的电平匹配来选择通行方式，分别为：

SPI，18bit并行，16bit并行和8bit并行。

本设计采用16bit并行，将屏地址挂载到STM32F103总线上，可达到一定刷屏速率。

液晶屏与控制器采用intel8080总线方式传输。

连接方式采用控制器FSMC（静态存储控制器），在控制其内部彩屏的寄存器地址是0x60000000，数据地址是0x60000002，连接电路图如下图所示：

图4

图5

2.2.4存储器电路

现在很多设备存储采用24C02，k91g08g0uom等的E2PROM或FLASH存储器。

这样的缺点是没有灵活性，需要上位机或专用设备从中提取信息，若是设备不慎损坏记录的信息就很难提取，加大了劳动成本。

本设计采用多媒体存储卡来存储记录信息，它的有优点是应用领域广泛，任何电脑，手持设备等多可以从中查询记录信息。

浅显易用。

多媒体卡种类很多，有CF卡，SD卡，miniSD卡，microSD卡等，但大部分传输方式是一样的，有SPI和SDIO两种传输方式，前者简单可实现大部分功能，后者传输速率快适合大容量媒体数据传输。

介于本设计数据量不大，采用SPI方式连接，写传输速率750kb/s。

媒体卡选用miniSD卡，供电电压3.3V。

存储器电路原理图如下所示：

图6

2.2.5电源电路

电源电路是整个电路的基础，整个系统中如果电源电路不稳定那么这也是失败的，本设计中使用开关电源和线性稳压器相结合的办法，是的电源各方面都有优势。

设计中系统需3.3v给单片机，SD卡，温度传感器，和液晶屏供电，12v需给液晶屏背光供电，因为背光是由4个高亮LED发出的。

系统以3.3v电源为主体，12V电源由DC-DC将5v升至12v，DC-DC核心器件是MC34063。

整个工作流程是，市电由变压器，全桥整流，滤波后得到5v直流电，经过LM1117线性稳压器得到3.3V。

5v直流再有DC-DC升压到12V。

基本原理图如下所示：

图7

已知输入电压Vin=5V，输出电压Vout=12V。

输出电流20mA,输出波纹电压10mA，工作频率100KHZ，则计算公式如下：

Vout=1.25V（1+R1/R2）

Ct（定时电容）：

决定内部工作频率。

Ct=0.000004*Ton（工作频率）

Ipk=2*Iomax*T/toff

Rsc（限流电阻）：

决定输出电流。

Rsc＝0.33／Ipk

Lmin（电感）：

Lmin＝（Vimin－Vces）*Ton/Ipk

Co（滤波电容）：

决定输出电压波纹系数，Co＝Io*ton/Vp-p（波纹系数）

固定值参数：

Vces=1.0V　　ton/toff=（Vo+Vf－Vimin）/（Vimin－Vces）　

Vimin:

输入电压不稳定时的最小值　　Vf=1.2V快速开关二极管正向压降

可得：

Ct=260pF

Ipk=114mA

Rsc=2.632Ohm

Lmin=228uH

Co=117uF

R=180Ohm

R1=1.5kR2=13k（12.08V）

3软件设计

3.1编程原则

CROTEXM3内核的ARM多数用IAR和RMDK两种开发环境。

现阶STM32F103多数使用RMDK开发。

本次使用该软件建立工程。

由于程序代码量较大，采用模块化移植的方法，这样的好处是减少了开发周期。

整个程序中分三层：

分别是用户层，中间层和底层。

用户层主要是主函数起调用个模块和分配作用，中间层为fatfs和ucgui，前者是文件管理，后者是图形管理库。

底层包括sd驱动，彩屏驱动，温度传感器驱动等。

作为一款ARM，STM32f103并未加入MMU。

所以它不能向SCS2440那样可以运行嵌入式操作系统。

只可以加入小型shishi系统如ucos，但是介于面向非消费领域，信息快速，多功能化，复杂上来说，个人想法是不加入系统也可以的。

图8

3.2层面

3.2.1ucgui使用

Ucgui是ucos公司编写的一套图形管理绘制程序，他是一种开源的商业程序，任何人多可以运用，它可以调用彩屏驱动在屏上任意坐标，任意颜色画圆，画方，显示英文，显示图片，管理视窗等。

移植比较方便只需调用底层画点，读点函数。

函数名为：

voidili9320_SetPoint（u16x,u16y,u16point）;//画点

u16ili9320_GetPoint（u16x,u16y）;//读点

图9

3.2.1fatfs使用

Fatfs是由英国一名程序员编写的文件挂在系统。

他可实现对存储设备的文件管理，功能有对文件的建立，删除，复制，重命名等。

调用底层函数有：

u8SD_WriteMultiBlock（u32sector,constu8*data,u8count）;SD_Read_Bytes（unsignedlongaddress,unsignedchar*buf,unsignedintoffset,unsignedintbytes）;//意思分别是写多个扇区，读多个扇区。

图10

4测试结果分析

经过测试，基于ARM的多路温度采集与记录仪动起来了。

屏幕上清晰可见五路传感器所采样的温度值。

但是随后发现温度变化缓慢，随后想起调用读取温度函数是在时间函数里的，这样必然采样速率为1S/次。

随后更改了程序，效果有所改善。

在测试中还发现在相同温度下，每个温度点温度数据有0.25度的偏差，翻阅数据手册才了解到偏差在0.5度内是必然的。

这让我吃了一颗定心丸。

在测试由于采用求平均值的方法来判断最高温度变化，所以温度基准为五路温度的品均值，假如五路温度同时升高，该记录仪是无法判断最高温度点的。

这需要有待改进。

但是在通常环境中侧方案是可行的。

通过此次测试结果分析，基本功能可实现，数据记录完全没有误差，唯一的缺点是量程不高，也就是说在室温或低温下是可以正常采集的，但是如果在超高温下使用必然会损坏器件的，比如钢铁融化炉中。

这是温度传感器所决定的。

结束语

基于ARM的多路温度记录仪完成了，经过两个月的设计于制作后，该记录仪可以在要求的误差，量程内完成温度显示与记录。

顺利的将记录数据从电脑中打开。

并以时间所对应的五路温度逐一查看。

在现代坏彩屏现实中，我们可以清晰，无乱码的观察数据变化，并且五路温度值显示位置与实际温度探头位置一一对应。

在人机显示上虽然可以达到很好的融洽性，但是不能显示中文是最大的遗憾。

由于时间问题，我并没有完全掌握UCGUI的所有功能。

所以只能以英文显示为主了。

在今后中我会把图形库了解渗透，不断改进温度记录仪的显示部分。

基于ARM的多路温度记录仪完成后，我感叹万千，更有喜有悲。

在两个月毕业设计中，我得到了很多人的热心帮助，特别是指导老师的指点。

从中我学到了很多知识，不仅如此还把所学知识灵活的运用起来,让我感觉到知识的重要性。

我会不断努力，不断滚固专业技能，提高自己，贡献力量。

此次论文的完成给我三年的大学生活画上了完美的句号。

在今后的职业生涯是我的新一次的挑战。

文献

[1]：

红牛.红牛开发板使用手册[M].2009版本（.翻译者）.出版地：

深圳

[2]：

STM32固件库使用手册的中文翻译版.pdf2008意法半导体公司意大利出版地：

意大利

[3]：

深入解析STM32_USB-FS-Device_Lib库.pdf2008意法半导体公司意大利出版地：

意大利

[4]：

ds18b20datasheet.pdf

鸣谢

[1]：

ouravr.bbs开源社区

[2]：

正点原子

附图：

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）审查意见书

指导教师对学生所完成的题目为

的毕业设计（论文）进行情况、完成质量的审查意见：

成绩：

指导教师：

年月日

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）评阅意见书

评阅人对学生所完成的题目为

的毕业设计（论文）评阅意见为：

成绩：

评阅人：

年月日

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）答辩结果

毕业设计（论文）答辩委员会对学生所完成的题目为

的毕业设计（论文）及答辩评语为：

经答辩委员会研究，确定成绩为：

毕业设计（论文）答辩委员会主任：

答辩委员会委员：

年月

该生毕业设计（论文）最终成绩评定：

审阅成绩（权重0.4）

评阅成绩（权重0.3）

答辩成绩（权重0.3）

最终成绩

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）