基于单片机的温度检测和显示电路..pdf
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基于单片机的温度检测和显示电路..pdf
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课课程程设设计计任任务务书书1设计目的:
巩固掌握单片机工作原理及应用,提高编程能力。
本课程设计主要针对电子信息科学与技术专业课程体系设置的要求,安排的一种综合性的课程设计。
一方面为了培养学生在查阅资料、复习、学习知识的基础上,进行包括机、电系统的设计、计算、仿真、编程、调试等多个环节的综合能力培养;另一方面,也是对学生进行毕业设计前的一次大型练兵,进一步培养学生独立地分析、解决实际问题的实际能力。
另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
单片机选用STM32F103R6温度传感器DTH11液晶显示UG-2864HSWEG01键盘Proteus仿真3设计工作任务及工作量的要求:
(1)提供核心器件的工作原理与应用介绍;
(2)提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真、编程与分析;(4)提供符合规定要求的课程设计说明书;(5)提供参考文献不少于15篇,且必须是相关的参考文献;课课程程设设计计任任务务书书4设计成果形式及要求:
课程设计说明书,电路图,结果5工作计划及进度:
6月22日-6月23日:
查资料6月24日-25日:
在指导教师指导下确定设计方案;6月25日-30日:
硬件设计6月27日-7月1日:
软件设计7月2日:
撰写课程设计说明书;7月3日:
课程设计答辩学科部副主任审查意见:
签字:
年月日目录目录摘要.1引言.1一、温度测量与显示系统的概述.21.1本设计任务和主要内容.21.2主要芯片的介绍.2二、系统主要硬件电路设计.22.1方案论证.32.2单片机主机系统电路.3三、温度传感器的选择.43.1采用DTH11温度传感器.43.2DTH11的管脚排列如图所示.5四、显示器的选择.64.1LCDUG-2864HSWEG01显示器.74.2引脚图.7五、温度控制电路的设计.9六、系统的控制.96.1温度电路的控制.96.2LCD显示电路的控制.10七、程序代码.107.1主程序代码.107.2温度传感器程序代码.127.3显示器电路代码.13八、个人总结.14九、附录.159.1元器件清单.159.2基于单片机控制的温度检测与显示系统原理图.15十、参考文献:
.15中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书1摘要摘要随着科技的不断进步,在工业生产中温度是常用的被控参数,而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。
本文介绍了数字温度测量及自动控制系统的设计。
本文采用单片机来实现对温度的控制。
它的主要组成部分有:
STM32F103单片机、显示器、传感器、显示电路、温度控制电路。
它可以实时的显示和设定温度,实现对温度的自动控制。
通过测试表明,本设计对温度的控制有方便、简单的特点,从而大幅提高了被控温度的技术指标。
此设计精确度较高,可以很好地测量出温度并显示出来!
本系统电路简单、调试简单,具有一定的使用价值!
关键词:
STM32F103单片机、显示器、DTH11传感器引言引言科技的快速发展使得单片机技术已经普及到我们的生活的各个领域,单片机技术已经成为一种比较成熟的技术。
我在本文中将介绍一种基于单片机控制的数字温度器,此温度器属于多功能温度器,可以设置温湿度,可以报进行控制温度的控制和使用已经广泛应用于人们的生产和生活中,人们使用温度器来采集温度,通过人工操作加热和降温来控制温度,这样不但能控制精度低、实时性差的缺点,而且操作人员的劳动强度大。
即使有些用户采用半导体二极管作温度传感器,但由于其互换性差,效果也不理想。
在某些行业中对温度的要求较高,由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。
对工业生产可靠进行造成影响,甚至操作人员的安全。
为了避免这些缺点,需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及控制设备。
本设计由于采用了新型单片机对温度进行控制,以其测量精度高,操作简单。
可运行性强,设计简便等优点,特别适用于生活,医疗,工业生产等方面的温度测量及控制。
本设计是一个数字温度测量及控制系统,并能在超限的情况下进行控制、调整。
保证环境保持在限定的温度中。
使用方便,设计简单。
可控制性强。
本设计和好的融合了温度传感器DTH11,LED显示器,STM32F103等功能!
中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书2一、温度测量与显示系统的概述一、温度测量与显示系统的概述1.1本设计任务和主要内容本设计任务和主要内容本课程设计主要研究单片机控制的温度检测器,分别对测量、显示及系统设备的软、硬件各个部分进行了研究。
1.2主要芯片的介绍主要芯片的介绍本课题采用单片机STM32F103R6控制的数字温度测量与显示系统,其功能的实现主要通过软件编程来完成。
其特性描述如下:
类别:
集成电路(IC)家庭:
嵌入式-微控制器,系列:
STM32F103核心处理器:
ARM、Cortex-M3芯体尺寸:
32-位速度:
72MHz连通性:
CAN,IC,IrDA,LIN,SPI,UART/USART,USB外围设备:
DMA,电机控制PWM,PDR,POR,PVD,PWM,温度传感器,WDT输入/输出数:
51程序存储器容量:
32KB(32Kx8)程序存储器类型:
FLASHEEPROM大小:
-RAM容量:
10Kx8电压-电源(Vcc/Vdd):
2V3.6V数据转换器:
A/D16x12b振荡器型:
内部工作温度:
-40C85C封装/外壳:
64-LQFP包装:
托盘二、系统主要硬件电路设计二、系统主要硬件电路设计中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书32.1方案论证方案论证主要对课程设计的题目进行了分析,根据要实现的功能,综合比较几种设计方法,提出了实现系统功能的最佳方案。
本设计是一个数字温度控制系统,能测量温度,并能在超限的情况下进行控制、调整警。
该系统采用STM32F103系列单片机STM32F103R6作为控制核心,该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。
由于用了单片机,使其技术比较成熟,应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少,便于控制和实现。
整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩张和更改。
STM32F103单片机特点如下:
STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准RISC(精简指令集)处理器,提供很高的代码效率,在通常8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。
该系列微处理器工作频率为72MHz,内置高达128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM,具有丰富的通用I/O端口。
原理框图如下:
图2.1系统原理框图2.2单片机主机系统电路单片机主机系统电路STM32F103R6构成的单片机系统是所有系统里结构简便,价格便宜,使用效率最高的控制系统,它还节省了外部的RAM和ROM削减了硬件方便的开销。
温度传感器显示电路温度检测控制STM32F103中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书4节省了制造成本,提高了系统的性价比。
图2.2单片机主机系统根据设计的要求,要利用温度传感器实时温度,同时要求能设定温度。
课程设计的主要任务是能对温度进行自动的检测和控制。
设计中采用单片机来控制温度,因此要有温度的显示电路,温控电路等几个部分。
要实现系统的设计要用到的知识点有单片机的原理及其应用,温度传感器的原理和应用,及显示电路的设计等。
三三、温度传感器的选择温度传感器的选择3.1采用采用DTH11温度传感器温度传感器DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书5验室中进行校准。
校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
产品为4针单排引脚封装。
连接方便,特殊封装形式可根据用户需求而提供。
DHT11技术参数如下:
工作电压:
35.5V测量范围:
2090%RH050输出:
单总线数字信号测湿精度:
5%RH测温精度:
2采样周期:
不低于1s模块尺寸:
27.5mmx20.5mm特征:
相对湿度和温度测量全部校准,数字输出卓越的长期稳定性超低能耗。
引脚排列:
GND电源接地。
VDD外接电源输入端。
DQ数字信号端。
3.2DTH11的管脚排列如图所示的管脚排列如图所示图3.1DTH11的管脚排列如图中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书6引脚说明:
工作原理:
dht11温湿度传感器工作原理是超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。
返回正常工作条后,传感器会缓慢地向校准状态恢复。
要加速恢复进程。
在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。
暴露在化学物质中电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰,化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。
在一个纯净的环境中,污染物质会缓慢地释放出去。
图3.2DTH11的工作原理图程序如下:
四、四、显示器的选择显示器的选择中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书74.1LCDUG-2864HSWEG01显显示器示器工业字符型液晶,能够同时显示128x64即32个像素。
虽然LCD显示器的价格比数码管要贵。
但是它有一个非常本质的优点就是它的显示效果好,所以采用LCD作为显示器。
显示规格如下:
显示模式:
被动矩阵显示颜色:
单色(白色).驾驶职责:
1/64职责4.2LCD引脚图引脚图图4.1LED1602显示器引脚图引脚及其功能:
符号类型功能VDDP这是一个电压电源引脚。
它必须连接到外部源。
VSSP这是一个地销。
它作为逻辑引脚的参考。
它必须连接到外部地面。
VCCP这是芯片最正电压的电源引脚,当使用转换器时,该引脚和VSS之间应该连接一个稳定电容器。
当不使用转换器时,它必须连接到外部源。
VLSP这是一个模拟接地引脚。
它应该外部连接到VSS。
Irefi这个引脚是段电流参考引脚。
这个中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书8引脚和VSS之间应该连接一个电阻。
设置电流低于12.5a.vcomho此引脚是电压输出高电平的输入引脚对于COM信号。
这个引脚和VSS之间应该连接一个电容器。
vbatp这是DC/DC电压转换器内部缓冲器的电源引脚。
当使用转换器时,它必须连接到外部源。
当不使用转换器时,它应该连接到VDD。
c1p/c1nc2p/c2ni之间需要电荷泵电容器终端机。
当不使用转换器时,它们必须浮动。
bs0bs1bs2i这些引脚是单片机的接口选择输入。
res#i此引脚为复位信号输入。
当引脚较低时,执行芯片初始化与单片机的连接如图所示:
图4.2液晶显示电路中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书9五五、温度控制电路的设计温度控制电路的设计图5.1温度控制电路六六、系统的控制系统的控制本章对系统的硬件控制进行概述。
分别对温度控制电路及LCD液晶显示电路进行说明。
6.1温度温度电路的控制电路的控制只要控制单片机,改变温度传感器感应值,就可以控制模拟电路的工作,即显示器所显示出来的温度。
中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书10图6.1温度控制6.2LCD显示电路的控制显示电路的控制把8根数据线和P0口连接,把3根控制线和P2.5、P2.6、P2.7连接。
给VCC端加上+5V的电压,GND端接地。
图6.2LED显示电路七、七、程序代码程序代码7.1主程序代码主程序代码中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书11#includestm32f10x.hu8wd=0;u8sd=0;unsignedchara80;unsignedcharDHT5;intmain(void)inti=0;delay_init();LCD_Init();DHT11_Init();/NVIC_Config();/while
(1)DHT11_Read_Data(&wd,&sd);Display();/if(wd30)GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2);中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书12GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3);elseGPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2);7.2温度传感器程序代码温度传感器程序代码#includestm32f10x.hu8wd=0;u8sd=0;unsignedchara80;unsignedcharDHT5;intmain(void)inti=0;delay_init();LCD_Init();DHT11_Init();/NVIC_Config();/中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书13while
(1)DHT11_Read_Data(&wd,&sd);Display();/if(wd30)GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3);elseGPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_3);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_2);7.3显示器电路程序代码显示器电路程序代码#ifndef_LQ12864_H_#define_LQ12864_H_#includestm32f10x_conf.hexternvoidLCD_Init(void);externvoidLCD_CLS(void);externvoidLCD_P6x8Str(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharch);externvoidLCD_P8x16Str(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharch);中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书14externvoidLCD_P14x16Str(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharch);externvoidLCD_Print(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharch);externvoidLCD_PutPixel(unsignedcharx,unsignedchary);externvoidLCD_Rectangle(unsignedcharx1,unsignedchary1,unsignedcharx2,unsignedchary2,unsignedchargif);externvoidDraw_LQLogo(void);externvoidDraw_LibLogo(void);externvoidDraw_BMP(unsignedcharx0,unsignedchary0,unsignedcharx1,unsignedchary1,unsignedchar*bmp);#endif八、八、个人总结个人总结在本次的课程设计中,我主要负责的是软件设计和课程设计报告书的整合汇总制作,还与小组成员共同参与了电路图的设计。
总的来说,这次课设还是比较简单、容易完成的。
首先,是对单片机的功能模块、温度传感器和显示器的程序编写与调试,以及最终的模拟仿真。
在设计过程中遇到了大大小小不少问题,通过查阅资料,向同学请教,以及我们的共同讨论,决定了最终的设计方案。
其次,编程对于十分繁琐和重要的,一不小心就会出现很多错误,尤其是在这样的小型工程中,编程显得尤为重要,并且需要不少的模块程序包,需要在编程中相互衔接并建立关系,才能进行调用,让我印象最深的就是我们选的是DTH11传感器,但是在编程中,我找的是DS18B20的程序包,并进行一定的修改,发现编译不成功,最后查阅资料然后找同学请教,最终找到了DTH11温度湿度传感器的程序包进行编程衔接,我们相互探讨、相互学习,共同努力克服困难,最终编译成功了,并且进行在Proteus软件中的调试仿真也比较成功,我们非常高兴,非常激动。
并且我们在这一学期学习了stm32单片机,这也对我的编程有了一定的知识基础和理论基础,通过这次课程设计,我巩固了关于stm32单片机的相关知识,中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书15并且更加熟练的运用32单片机,对proteu软件的使用也更加熟练。
这次课程设计也让我更加明白了“致知于行”的涵义,也更清楚地知道了只学理论,不进行实践是万万不行的,我们必须学以致用,才能将知识学的更加牢固。
最后,本次设计的软件是以STM32F103R6为主,是利用了软件和硬件互相结合的自动检测温度的经典例行。
在当今社会单片机的运用已经实践到了我们的生活和生产中,我们也学会了用单片机来控制一些类的模拟电路。
这次设计基本的完成了任务书的要求,实现了温度的检测与显示。
由于设计经验和知识水平的有限,课程设计可能还存在不足和缺陷,在今后的学习生活中,我将继续努力学习,完善自己。
九、九、附录附录:
9.1元器件清单元器件清单表9.1元器件清单名称型号数量单片机STM32F103R61个LCD显示器UG-2864HSWEG011个晶振12MHZ1个温度传感器DTH111个电阻10k,0.5k若干继电器2个9.2基于单片机控制的温度基于单片机控制的温度检测检测与显示系统原理图与显示系统原理图:
中北大学嵌入式综合实践课程设计说明书16图9.1系统电路图十、参考文献十、参考文献1沙占友.集成温度传感器原理与应用,北京:
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