1、 陕西理工学院毕业设计 题 目 基于 STM32的室内温度控制系统 _ 学生姓名 李枝玲 学号 1213014137_ 所在学院 陕西理工学院 _ 专业班级 电子信息工程 _ 指导教师 梁芳 _ 完成地点 物理与电信工程实验室 _ 2016 年 5 月 29 日 陕西理工学院毕业设计 I 基于 STM32 的室内温度控制系统 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） 指导教师：梁芳 摘要 本设计是以 STM32 单片机为核心的温度控制系统。采用 DS18B20 温度传感器实现对温度的采集， 并 用TFT 液晶屏对温度进行显示。 通
2、过对元器件的选择，设计系统的硬件电路，从而设计相关应用程序，制作实物， 实现温度采集、显示、控制等功能。结果表明，所设计的温度控制系统基本能够完成所需功能，并且具有测量精准高、实时性好、使用方便等特点。 关键词 温度控制； DS18B20； STM32 单片机 Indoor temperature control system based on STM32 Zhiling Li （ Electronic information engineering, School of physics and telecommunication engineering, Shaanxi University
3、 of Technology, Hanzhoung 723000, Shaanxi, 1205） Tutor: Fang Liang Abstract This design 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.
4、 the hardware circuit of the system is designed through the selection of components; 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 basic
5、ally complete the required functions, and has the characteristics of high precision, good real-time performance, easy to use, and so on. Keywords temperature control； DS18B20； STM32 single chip microcompute陕西理工学院毕业设计 II 目录 绪论 1 1 系统总体设计 2 1.1 系统功能要求 . 2 1.2 系统方案论证 . 2 1.3 系统设计框图 . 2 1.4 具体控制选择 2 1.4
6、.1 控制器选择 2 1.4.2 温度传感器 3 2 硬件设计 . 4 2.1 硬件构成 . 4 2.2 控制模块 4 2.2.1 STM32 简介 . 4 2.2.2 STM32 的主要优点 . 5 2.2.3 STM32 开发板 . 6 2.3 最小系统设计 7 2.4 温度采集模块 8 2.4.1 DS18B20 的介绍 . 8 2.4.2 DS18B20 工作原理介绍 . 8 2.4.3 DS18B20 使用中的注意事项 . 9 2.4.4 DS18B20 与 STM32单片机的连接电路 . 9陕西理工学院毕业设计 III 2.5 显示模块 10 2.5.1 TFTLCD 液晶显示简介
7、 . 10 2.5.2 ALIENTEK 2.8 液晶简介 . 10 2.6 按键模块 11 2.7 电源模块 12 2.8 风机模块 12 3 系统软件设计 13 3.1 主程序 13 3.2 温度采集子程序 14 3.4 按键子程序 16 4 系统调试 . 17 4.1 硬件调试 17 4.2 软件调试 17 4.3 联合调试 17 4.4 故障分析 17 5 总结与展望 . 19 5.1 总结 . 19 5.2 展望 . 19 致谢 20 参考文献 . 21 附录 A 外文及翻译 . 22 陕西理工学院毕业设计 IV 原文 22 译文 29 附录 B 系统电路图 . 35 附录 C 实物
8、图 36 附录 D 程序清单 . 37 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 67 页 绪论 在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。特别是在 冶金、医药、食品制造和化学制造业等行业尤其显得重要。在适当的温度下生产的产品质量、产量和合格率会大大的提高。有些药品的生产和存储要在很低的温度下进行；石油分馏的过程中在不同的温度下才能分离出汽油、柴油、煤油、硫化物；食品的制造和存储也要在 特定的温度下才能保证质量。在农业大棚蔬菜和室内圈养牲畜对于环境温度的要求也很高，大棚蔬菜的温度基本上要保证在 20 30。鸡舍的育雏期温度要控制在 36左右。随着社会生产力和科学技术的发展，工农业生产和生活中对
9、于温度的要求会越来越高， 因此能够检测温度变化的温度检测设备出现在人们的视线中。它能使人们能及时看到温度变化的第一手资料，提示温度变化情况，协助人们及时调整，让温度控制更好的服务于整个社会和人们的生活。 近年来随着电子信息技术的飞速发展，人类的生活发生了很大的变化，尤其是随着大规模集成电路的出现 ，微型计算机应运而生，让人类社会进入了一个崭新的时代。但是因为微型计算机成本较高，在很多工业控制中并不是最好的选择。所以单片机因为价格低廉、可靠性高，性能稳定以及独特的定时、计数功能而被广泛的应用在工业控制，工业生产，家用电器制造等方面，单片机的应用在不断的走向深处，在实时检测与自动控制的单片机应用系
10、统中，单片机一般是用来做核心部件的，由具体的硬件结构与控制对象的特点，和软件相结合来加以完善 9。 温度是表示物体冷热程度的物理量，工农业生产过程中温度是一个非常重要的参数。温度测量在产品生产，工业设计，能源 节约中发挥到了关键性的作用。随着科学技术的进步和生产的需要，温度传感器不断更新和丰富起来。温度作为一个模拟量，如果采用合适的技术和元件，把模拟的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。 温度控制系统常用来保持温度恒定或者使温度按照某种规定的程序变化。由于温度自身的一些特点，如惯性大、滞后现象严重、难以建立
11、精确的数学模型等，传统的控制方式由于其控制精度不高、不能及时的跟踪对象特性变化等原因造成控制系统性能不佳。本设计基 于这一点，选用具有高性能而又经济的 STM32 单片机作为控制器，所用算法为位置型 PID控制算法，完成了对系统的设计8。本课题的设计方案具有可行性和一定的推广性，若能够应用于实际生产生活中，将会对提高企业自动化水平、降低生产成本、减轻工人劳动强度、提高生活质量等方面起到积极的促进作用。 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 67 页 1 系统总体设计 1.1系统功能要求 该设计主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
12、核心处理器。 主要完成的功能有以下几点： 对室内温度进行实时检测、可按照指令改变 控制参数、将检测的 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 的输入 ,电机驱动模块、 TFTLCD2.8 寸液晶屏，以及按键模块作为 STM32 的输出。采集温度方面由 DS18B20温度传感器来完成，它是一个数字温度传感器、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 D
13、S18B20 传感 器采集当前的温湿度值、经单片机将其处理后的数据送到 TFTLCD液晶显示屏来进行显示，主要显示测得的实时温度与设定的温度上下限。利用键盘设置温度阈值，如果当前采集的实时温度不在设定的温度阈值范围之内，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度控制。 1.3系统设计框图 功 按照系统 能的具体要求，在保证实现其功能的基础上，尽可能降低系统成本。总体设计方案围绕上述思想，初步确定系统的方案如图 1.1所示 图 1.1 功能模块框图 1.4 具体控制选择 1.4.1 控制器选择 方案一：选用 STM32F103ZET6 单片机 该单片机有 14
14、4个引脚，为 32微处理器 M3内核，最大时钟频率可达到 72MZhz,处理速度快，效率高。其内部有 8个定时器，内个能输出 4路 PWM 波，且有六个能能配置 4个通道的捕获。同时内部还有多路 AD、 DA 等，配置有 SPI、 I2C接口 等，内部资源极为丰富，用该处理器为设计带来很大方便 5。 方案二：选用 STM32F103RCT6单片机 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 指示 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 67 页 该单片机有 64个引脚，跟上述的 STM32ZET6功能极为相似，同样也有多路 PW
15、M、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。内部只有四个定时器（定时器 1到定时器 4），不过都具有计数、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内部不仅集成了设计所需要的功能而且体积小、引脚少，同时相比 STM32F103ZET6价格更便宜。所以选用 STM32F103RCT6 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 该传感器主要特性如下：数据线供电方式是
16、在寄生电源方式下的供电，电压适应的范围比较宽，电压范围为： 3.0 5.5V； DS18B20在和单片机连接时仅仅需一条总线就可以实现 DS18B20 和单片机双向的通信，它的单线接口方式十分特殊，但也十分方便；多个 DS18B20 可以并联的在唯一的三线上 ，能够实现组网的多点测温功能；全部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 在使用的时候不需要任何的外围元件；测温范围 55 +125，在 -10 +85时精度在 0.5范围内；有 9 12位的可编程的分辨率，相对应的可分辨温度依次为 0.5、 0.25、 0.125和 0.0625，因此可以实现高精度测温； 9
17、位分辨率时最大可在 93.75毫秒内把温度转换为数字，12位分辨率时最多能在 750 毫秒内把模拟温度值转换为数字量，速度更快；直接把测量出的数字温度信号的结果输出，可传送 CRC 校验码，同时用 “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：把电源极性接反的时候，芯片不会因为发热而烧毁，但是也不能正常工作 10。 方案二：热电阻温度传感器 热电阻的测量精度高 ,性能稳定 ,使用方便 ,测量范围比较宽 ,在高精度、低温测量中占有重要的地位。热电阻传感器主要用于中低温度 (-200 +650或 850 )范围的温度测量。常用的工业标准化热电阻有铂热电阻和铜热电阻。铂电阻传
18、感器是利用金属铂 (Pt)的电阻值随温度变化而变化的物理特性而制成的温度传感器 3。以铂电阻作为测温元件 进行温度测量的关键是要能准确地测量出铂电阻传感器的电阻值。铂电阻具有适用范围广、测量范围大、稳定性高、重复性好、价格低廉、使用方便等优点，成为目前工业和实验室中温度测量应用最广泛普遍的传感元件之一，工业中应用较多的热电阻传感器如 Pt100。 通过比较，虽然方案 二 测量温度范围比较大，但是由于它的测温原理是电阻值随着温度的改变而不断变化，因此需要设计出非常优良的温度采集电路，其中应包括测温部分，线性化部分，放大部分， A/D 转换部分，这就会使外围电路复杂性大大增加。方案 一 数字式的温
19、度传感器，用一根数据总线就可以和 单片机进行通信，使其外围的电路大大简化，测量的精度更加准确。因此在本设计中选择方案 一 作为温度采集传感器。 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 67 页 2 硬件设计 2.1硬件构成 硬件主要包括：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 该模块的主要任务是完成单片机所发出的升温或降温操作。单片机 STM32F103RCT6 做 CPU，DS18B20 采集温度直接输出数字信号，单片机进行处理与执行。当温度高于设定的温度上限值时，单片机向温度控制执行电路发送降温命令，同时发光二极管绿灯亮，提醒使用
20、 者温度过高正在进行降温，启动风机等操作。当温度低于设定的温度的下限时，单片机向温度控制执行电路发送升温命令，同时发光二极管红灯亮，提醒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系列是为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：“增强型” STM32F103系列和“基本型” STM32F101系列。增强型系列的 时钟频率 能 达到 72MHz，是同类产品中频率最高的；基本型 的 时钟频 率为 36MHz， 用 16 位产品一样的价格得到比 16位产品
21、更大的性能，是 16位产品的最 好 选择。两个系列都 有 内置 的 32K到 128K的闪存，不同的是 SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率为 72MHz时，从闪存执行代码来看，STM32功耗 36mA，是 32位市场上功耗最低的产品，相当于 0.5mA/MHz6。 以 STM32103RCT6单片机为处理器，该单片机为 32位处理器。内核为 Cortex-M3，其并行总线结构，嵌套中断向量控制单元，调试系统 和它 标准的存储映射。嵌套中断向量控制器（ Nested Vector Interrupt Controller,简称 NVIC）是 Cortex-M3处理器中一个比较关键的组件
22、，它为基于 Cortex-M3的微控制器提供了标准的中断架构和优秀的中断响应能力，为超过 240 个中断源提供专门的中断入口，而且可以 为 每个中断源 赋予 单独的优先级。 采用 NVIC 可以达到 非常快 的中断响应速度，从收到中断请求到执行中断服务的第一条指令仅需 12 个周期。这种极快的响应速度一方面得益于陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 67 页 Cortex-M3 内核对堆栈的自动处理机制，这种机制是通过固化在 CPU 内部的微代码实现的。另一方面，在中断请求连续出现的情 况下， NVIC使用一种称为“尾链”的技术，使连续而来的中断可以在6 个时钟周期内得到服务。在中断的压栈阶段
23、，更高优先级的中断可以不耗费任何额外的 CPU 周期就能完成嵌入低优先级中断的动作。具体的细节后面我会继续总结的。用户可以通过设置 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一直保持睡眠状态 7。 Cortex-M3的 CPU支持两种运行模式：线程模式（ Thread Mode）与处理模式（ Handler Mode）并且需要注意的是，这两种模式都拥有各自独立的堆栈。这种设计使得 开发人员可以进行更为精密的程序设计，对实时操作系统的支持也就更好了。 Cortex-M3处理器还包含了一个 24 位可自动重装载定的定时器，可以为内核（ RTOS）提供一个周期中断
24、。 在指令集方面， ARM7 和 ARM9 都有两种指令集（ 32 位指令集和 16 位指令集），而 Cortex-M3系列处理器支持 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位指令集的性能和 16 位指令集的代码密度之间取得了平衡 5。 专业嵌入式、单片机技术实训。而且， ARM Thumb-2 专门为 C/C+编译器设计，这就意味着 Cortex-M3 系列处理器的开发应用可以全部在 C语言环境中完成。 STM32微控制器的推出标志着 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 1
25、4 个不同型号，分为两个版本：最高 CPU时钟为 72MHZ 的“增强型”和最高 CPU时钟为 36MHZ的“基本型”。这些不同 STM32型号里内置的 Flash最大可达 128KB， SRAM最大为 20KB，在 STM32发布之初，配置更大 Flash,RAM 和更复杂外设的版本就已经在规划之中了。不管是什么版本， 什么型号的 STM32 器件，它们在引脚功能和应用软件上是兼容的。这就使得开发人员在使用 STM32系列微控制器时，不必改动 PCB就可以根据需要随意更换器件型号。乍一看 STM32的设备配备，与往日熟悉的 51单片机倒有几分相似。一般， STM32都会配备常见外设，诸如多通
26、道ADC,通用定时器， I2C总线接口， SPI总线接口， CAN 总线接口， USB 控制器，实时时钟 RTC等。但是，它的每一个外部设备都具有独特之处。例如， 12 位精度的 ADC具备多种转换模式，并带有一个内部温度传感器，带有双 ADC 的 STM32 器件，还可以使两 个 ADC 同时工作，从而衍生出了更为高级的 9 种转换模式； STM32 的每一个定时器都具备 4 个捕获比较单元，而且每个定时器都可以和另外的定时器联合工作以生成更为精密的时序； STM32 有专门为电机控制而设的高级定时器，带有 6 个死区时间可编程的 PWM 输出通道，同时其带有的紧急制动通道可以在异常情况出现
27、时，强迫 PWM信号输出保持在一个预订好的安全状态； SPI接口含有一个硬件 CRC单元，支持 8位字节和 16位半字数据的 CRC计算。在对 SD 或 MMC等存储介质进行数据存取时相当有用。而且， STM32 还包含了 7个DMA通道。没恶 搞通道都可以用来在设备与内存之间进行 8位， 16位， 32位数据的传输。每个设备都可以向 DMA 控制器请求发送或者接收数据。 STM32 内部总线仲裁器和总线矩阵将 CPU 数据接口和DMA 通道之间的连接大大的简化了，这就意味着 DMA 通道单元是很灵活的其使用方法简单，足以应付微控制器应用中常见的数据传输要求。 2.2.2 STM32 的主要优
28、点 使用 ARM最新、先进的构架 Cortex-M3内核 出色的实时性能 出色的功率控制 出众和创新的外设 最大程度的集成整合 易于开发，可使产品 快速进入市场 STM32硬件的特色接口： I/O:输入 /输出口 低功耗模式、定时器 /计数器、输入捕获 PWM:脉宽调变 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 67 页 A/D:模 /数转换 DMA： 直接存储器存取 USART、 SPI:单个程序启动 BOOT: 2.2.3 STM32 开发板 STM32开发板如图 2.2 所示 4 STM32F103RCT6,TQFP64,FLASH:256K,SRAM:40K 1 个 JTAG/SWD调试的
29、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 1 个 IIC 接口的 EEPROM 芯片 ， 24C02， 容量 256 字节 一个 SPIFLASH芯片， W25X16，容量 2M 字节 1 个 DS18B20温度传感器预留接口 一个标准的 2.4 / 2.8 英寸液晶屏接口，支持触摸屏 1 个 OLED模块的接口 1 个 USB SLAVE接口，用于 USB 通信 1 个插 SD卡的接口 1 个 PS/2接口，外接鼠标、键盘等 1 组 5V 电源供应 /接入口 图 2.2 STM32 开发板 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 6
30、7 页 1 组 3.3V电源供应 /接入口 1 个启动模式的配置选择接口 2 个 2.4G 的无线通信接口（ 24L01 和 JF24C） 1 个复位按键，用来对 MCU 和 LCD 进行复位 3 个功能按键，其中 WK_UP 兼具唤醒功能 1 个电源开关，控制整个板的电源 除晶振占有的 IO 口外，其余所以得 IO 全部引出，其中 GPIOA 和 GPIOB 按顺序引出 2.3 最小系统设计 单片机要正常工作必须电源电路提供电源，通过震荡电路产生时钟周期，同时为了防止系统异常还需加上复位电路，可手动让系统重新工作。 （ 1）震荡电路 震荡电路用的是 8M晶振，因为 STM32内部可以通过锁相
31、环可以进行倍频，变为最高 72MHZ的频率，所以外部接 8MHZ晶振，经过倍频可达到 72MHZ1。其电路如图 2.3所示。其电路 主要有晶振、电容和电阻组成。其中 OSDIN 和 OSDOUT 为 STM32 外部时钟电路引脚。通过震荡电路产生时钟从该管脚输入作为处理器时钟源。 图 2.3 振荡电路 （ 2）复位电路 图 2.4 复位电路 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 67 页 Stm32 是低电平复位并且每次上电是会复位一次，所以系统上电之后默认情况下其 RST 脚应该为高电平。其电路如图 2.4 所示。 R1位上拉电阻， REST 为单片机复位引脚，当按键 K1按下 RST引脚输
32、出低电平，此时系统复位；当复位按键 K1 没按下时，由于 RST直接接在上拉电阻上，默认为高电平，所以系统正常工作。 2.4 温度采集模块 该模块主要采用温度传感器 DS18B20 来实现对温度的采集。 DS18B20 将采集来的模拟温度信号转换为数字信号，传送给单片机进行处理。 2.4.1 DS18B20 的介绍 DS18B20引脚图如图 2.5所示。 27 .0DQ2 V C C3G N D1U1D S 18 B 2 0 图 2.5 DS18B20 引脚图 DS18B20功能特点： 1.独特的单线接口方式，与单片机的通信只需要一根 I/O线，在一根线上可以挂接多个 DS18B20。 2.每
33、个 DS18B20 都有它的序列号，我 们是根据序列号来访问相应的器件，具有一个独有的，不可更改的 64 位的序列号。 3.低压供电，电源范围为 3-5V，可本地供电，也能直接通过数据线提供电源（即寄生电源 2方式）。 4.在 -10 C至 +85 C 范围内的可以达到精度为 0.5 摄氏度，测温的范围为 55 +125摄氏度。 5.用户可以根据自己的设计设定报警的上下限温度。 6.它转换 12 位的温度信号为数字信号的最大时间为 750毫秒，可编辑的数据位 9-12位。 7.DS18B20的分辨率为 9-12位，可由用户通过 EEPROM 设置。 8.DS18B20 可以把检测到的模拟温度值
34、直接转化为数字量，并且通过串行通信方式传送给单片机。 2.4.2 DS18B20 工作原理介绍 DS18B20的测温原理： 低温度系数的晶振，产生的频率脉冲信号给计数器 1，它的振荡频率受温度影响较小。高温度系数的晶振，振荡频率受温度影响较大，会随着温度的变化而改变，产生的频率脉冲信号给计数器 2。把温度寄存器和计数器 1 先设置在 55所对应的一个基数值。低温晶振的脉冲，通过计数器 1进行减法计数，计数器 1的值降到 0时，计数器 1的预设值会重新装入，此时温度寄存器的值加 1.计数器 1重新开始计数， 就这样循环，停止温度寄存器值的累加时计数器 2的计数值到 0，所测温度就为此时温度寄存器
35、中的数值 10。 DS18B20的测温原理框图如图 2.6所示。 DS18B20 写操作： 1.把数据线先置为低电平 0。 2.延时的时间为 15ms。 3.从低位到高位的发送字节数据（一次只能发送一位）。 4.延时 45ms。 5.将数据线拉到高电平 1。 6.重复上面（ 1）到（ 6）的操作，直到整个字节全部发送完为止。 7.最后把数据线拉到高电平 1。 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 67 页 斜率累加器计数器 1预警低温度系数晶振计数器 2比较=0低温度系数晶振=0温度寄存器预置L SB置位 / 清除停止图 2.6 DS18B20 的 测温原理框图 DS18B20 读操作： 1.
36、先把数据线拉高“ 1”。 2.延时 2ms。 3.数据线拉低“ 0”。 4.延时 15ms。 5.将据线拉高“ 1”。 6.延时 15ms。 7.读取数据线的状态得到 1个状态位，并且进行数据处理。 8.延时 30ms。 9.重复（ 1）到（ 7）的操作，读取完一个字节结束。 2.4.3 DS18B20 使用中的注意事项 DS18B20 虽具有连接方便、测温系统简单、占用口线少、测温的精度高等优点，然而在实际的应用中也应该注意以下两个方面问题： 1.DS18B20 从测温结束到把测得的温 度值转换成为数字量，需要一定的转换时间，这必须保证，否则会出现转换错误现象，从而使温度输出总是显示为 85
37、 度。 2.在实际的使用中，应该使电源电压保持在 5V 左右的大小，若是电源的电压过低了，就会降低所测得的温度精度。 2.4.4 DS18B20 与 STM32单片机的连接电路 DS18B20有两种供电方式，一种是寄生电源供电方式，这时单片机端口接的是单总线， 寄生电源供电方式中， DS18B20 的 VDD 引脚必须接地。另一种是电源供电的方式，此时 DS18B20的 1脚接地， 3 脚接电源， 2 脚是信号线。 DS18B20 与单片机的接口电路如图 2.7 所示。 DQ 与单片机的 PA4端口连接。 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 67 页 图 2.7 DS18B20 与单片机的
38、接口电路图 2.5 显示模块 采用 TFTLCD液晶显示屏来进行显示，主要显示测得的实时温度与设定的温度上下限。 2.5.1 TFTLCD 液晶显示简介 显示器是机器与人进行信息交流的重要界面，早期用的最多的显示器是显像管 (CRT/Cathode Ray Tube)，但是随着科学技术的不断发展，各种各样的显示技术诞生，而薄膜晶体管液晶 (TFT-LCD)显示器因为具有反应速度比较快、可 视角度较大、无辐射的危险，和稳定不闪烁的影像等优势，更是在近年来不断下跌的价格吸引下，逐渐取代了主流的 CRT的地位。 TFTLCD型的液晶显示器 由 萤光管、滤光板、导光板、偏光板、玻璃基板、配向膜、液晶材
39、料、薄模式晶体管等 组成 。 2.5.2 ALIENTEK 2.8 液晶简介 ALIENTEK 2.8液晶显示器实物如图 2.8所示： 图 2.8 ALIENTEK 2.8 液晶显示器 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 67 页 ALIENTEK TFTLCD 采用 16位的并方式和外部电路连接，之所以不采用 8位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其是在 显示图片的时候，如果采用 8位数据线就会比 16位方式慢一半，我们当然希望速度越快越好，所以采用 16位接口。 TFTLCD接口定义如图 2.9所示。 图 2.9 TFTLCD 接口定义图 该模块的 80 并口有以下一些信号线： CS
40、： TFTLCD的片选信号。 WR：向 TFTLCD中写入数据。 RD：从 TFTLCD中读出数据。 D15:0： 16 位的双向数据线。 RST：硬复位 TFTLCD。 RS：命令 /数据标志（ 0：读写命令， 1：读写数据）。 TFTLCD与 MiniSTM32 开发板的 IO 对应关系如下： LCD_LED 对应 PC10。 LCD_CS 对应 PC9。 LCD _RS 对应 PC8。 LCD _WR 对应 PC7。 LCD _RD 对应 PC6。 LCD _D17:1对应 PB15:0。 2.6 按键模块 该模块主要实现对上下限温度的设置以及对电路的复位。 单片机应用系统中除了复位按键
41、有它专门的复位电路 ,和专一的复位功能以外 ,其它的按键都是用开关的状态来设置控制功能或者输入数据。 本系统 设 置了四个按键， 来 配合显示界面，可以 对 相关参数 进行 设定， 不同运行方式 之间进行切换，测量校准，开入开出测试等操作。按键 SW1 SW4 分别 是 复位、确认、温度加、温度减。其中温度设置键盘部分的电路图如图 2.10 所示： 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 67 页 图 2.10 温度设置部分电路图 2.7 电源模块 单片机 STM32F103RCT6 以及其它的外围芯片都是 3.3V 供电，所以需要将 5V 电压转成 3.3V，使用常用的 AMS1117-3.
42、3V 电源芯片。电路如图 2.11 所示。 图 2.11 电源电路 2.8 风机模块 当检测到的实时温度高于设定的温度值时，单片机要进行降温操作。采用 L298N 与单片机相连接，从而控制风机的转动，以达到控制温度的目的。电路如图 2.12 所示。 图 2.12 风机电路 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 67 页 3 系统软件设计 整个设计系统功能是由软件程序配合硬件电路来实现，如果硬件电路已经确定，软件的功能也就基本上确定了，因为软件程序的编译是基于 STM32单片机编程。软件部分可分为主程序和子程序，主程序是整个控制系统的核心，用于调节和处理各模块之间的关系 2。子程序是各个模块实
43、现实质性的功能， 其主要子程序包括：温度采集、键盘扫描、 LCD显示等。 3.1 主程序 开始系统初始化DS 18 B 20 读温度数据L C D 温度显示按键扫描检测按键是否按下温度是否在设定阈值范围YN启动电机结束N温度是否在设定阈值范围YYN图 3.1 主程序流程图 首先进行系统初始化配置，即首先向在 stm32控制器中配制寄存器和 I/O 口，建立系统任务、测量任务及控制任务，并在启动任务中初始化传感器基础配置。然后在任务中编写用户程序。用户陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 67 页 程序设计如下：将接 DS18B20 读到的数据通过 STM32的输入捕获模式得到该数据，送到 T
44、FTLCD液晶显示屏来进行显示，主要显示测得的实时温度。然后首先判断按键是否按下，如果未按下按键则返回按键扫描，否则再进一步判断所测得的数据实时温度是否在室内温度 设定的阈值范围内。如果没有在室内温度设定的阈值范围内，则需要启动电机驱动模块来启动电机，通过热冷客气对流来平衡温差，直到室内温度达到室内温度设定的阈值范围的要求，最后结束主程序。主程序流程如图 3.1所示。 3.2 温度采集子程序 温度采集子程序就是驱动外部的温度传感器 DS18B20 进行工作，通过 I/O口通信方式向 STM32单片机 中写入数据，并且 送到 TFTLCD 液晶显示屏来进行显示。首先进行 I/O口初始化，然后是复
45、位 DS18B20使其恢复初始状态等待 DS18B20 响应。将 DS18B20读到的温度数据进行数据 转换，并且写入 DS18B20单片机，最后结束子程序。配置 程序流程图如图 3.2所示 开始I/ O 口初始化复位 DS 18 B 20等待 DS 18 B 20 响应DS 18 B 20 读数据数据写入单片机结束数据转换图 3.2 温度采集框图 DS18B20初始化步骤如下： 1、高电平“ 1”状态必须先给数据线。 2、延时（该延迟时间的长短要求不严格，但尽可能短一点）。 3、把数据线拉低到电平“ 0”状态。 4、再延时 750微秒（该时间的范围为 480-960ms）。 5、把数据线拉高
46、到电平 “ 1”。 陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 67 页 6、延时等待 7、 CPU 如果读到了数据线上“ 0”状态的低电平，还要继续做延时，延时时间由发出高电平开始算起（第（ 5）步的时间开始算），最少需 480ms。 8、再次把数据线拉高到高电平“ 1”后就结束。 3.3 显示子程序 开始写寄存器函数写 LC D 数据读 LC D 数据LC D 写 G R A M设置显示颜色结束设置光标位置 、 扫描方式LC D 初始化字符串显示图 3.3 显示程序框图 在该系统中使用 TFTLCD 液晶显示屏来显示 DS18B20 所采集的当前温度值。 显示子程序程序设计如下：首先进行 LC
47、D初始化，即向 TFTLCD配制寄存器 ,包括写寄存器函数、 LCD写 GRAM命令，建立 LCD光标位置、扫描方式、显示方向、显示颜色等，并在启动 LCD 初始化寄存器基础配置，然后通过 STM32单片机向 LCD 写数据，并使 LCD 寄存器读出数据显示字符串，结束显示子程序。 子程序陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 67 页 流程图如图 3.3所示。 3.4 按键子程序 在本设计中利用键盘设置温度阈值阈值。按键子程序程序设计如下：首先进行按键 I/O 口初始化即配置 STM32单片机 I/O 口，其次调用按键扫描函数，如果有相应的按键按下，则执行相应的动作，最后结束按键子程序。 按
48、键一般都存在抖动问题，为了去抖动采用软件方法，它是 在检测到有键按下时，执行一个 10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响。 按键检测子程序流程图如图 3.4所示。 开始配置输入 I/ O 口按键扫描函数按键消抖结束按键 I/ O 口初始化图 3.4 按键流程图 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 67 页 4 系统调试 由于温度控制系统有几个部分组成，需要由现象来进行调试，采用排除法和替换法综合找到问题，通过分析现象的原因来解决问题，所以系统调试是由局部到整体，由硬件到软件再到软硬件联合调试的过程。首先是搭建电路， 并编写各模块软件程序，调通各单独模块。保证各单独模块均正常工作时，再将各模块放一个系统中让其都能正常工作。通过在调试的途中发现问题、解决问题，而达到系统稳定、高效工作的目的。 4.1 硬件调试 其调试步骤如下： (1) 首先借助 proteus、 multisim 将电源等基础电路仿真出来，确定达到各指标后，再在电路板上展开焊接工作。 (2) 当上述步骤完成后，再对比电路图检查连接是否正确，同时利用万用表检测各焊点之间导通情况，尤其要注意电源正负极连接是否正确。当确保连接都正常时再接通电源，检测各模块供电电压是否正常，同时用手轻 轻
