嵌入式课程设计报告温度传感器课程设计报告.docx

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嵌入式课程设计报告温度传感器课程设计报告

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：

2021180401**

班级：

**************1班

姓名：

*

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.根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根本部构造、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、单片机的部构造、功能部件，接口技术等技能；

2.根据题目进展调研，确定实施方案，购置元件，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。

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开展的一个必然趋势。

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、生产平安、促进国民经济的开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。

随着生产的开展，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。

该传感器由精细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单片机对数据进展AD转换并且在LCD上显示数据。

第二章系统总体构造

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、电阻假设干、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大局部。

本次设计的实物图见附录一。

第三章硬件构造

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，将得到的电压值进展放大，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

3.11PT1000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：

应用围

医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用围非常之广泛。

技术参数

输入响应时间〔模块数据更新率〕为1秒同步测量

1路隔离的485,MODBUSRTU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

主机工作温度围为－40℃～+85℃

测量围为－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。

尽管电流在很大的围变化，而二极管两端的电压却根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。

由于制造工艺的差异，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，动态电阻那么愈小。

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。

3.13LM324

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，外形如下列图。

它的部包含四组形式完全一样的运算放大器，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：

3.21STM32

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SPIFLASH芯片，W25Q64，容量为8M字节〔即64Mbit〕

◆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接口局部共用〕

◆1个USB串口接口，可用于程序下载和代码调试

◆1个USBSLAVE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，防止了频繁设置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，坚假设磐石。

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：

ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay。

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〕，可有效地抑制非选通时的串扰，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：

3.23ADC控制存放器

ADC_CR1的各位描述

ADC_CR1的SCAN位，该位用于设置扫描模式，由软件设置和去除，如果设置为1，那么使用扫描模式，如果为0，那么关闭扫描模式。

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，进展一次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