嵌入式系统课程设计(温度检测报警系统)

嵌入式系统课程设计

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一．系统要求

二．设计方案

三．程序流程图

四．软件设计

五．课程总结与个人体会

一、系统要求

使用STM32F103作为主控CPU设计一个温度综合测控系统，具体要求：

1、使用热敏电阻或者内部集成的温度传感器检测环境温度，每0.1秒检测一次温度，对检测到的温度进行数字滤波（可以使用平均法）。记录当前的温度值和时间。

2、使用计算机，通过串行通信获取STM32F103检测到的温度和所对应的时间。

3、使用计算机进行时间的设定。

4、使用计算机进行温度上限值和下限值的设定。

5、若超过上限值或者低于下限值，则STM32进行报警提示。

二、设计方案

本次课程设计的要求是使用STM32F103设计一个温度测控系统，这款单片机集成了很多的片上资源，功能十分强大，我使用了以下部分来完成课程设计的要求：

1、STM32F103内置了3个12位A/D转换模块，最快转换时间为1us。本次课程设计要求进行温度测定，于是使用了其中一个ADC对片上温度传感器的内部信号源进行转换。当有多个通道需要采集信号时，可以把ADC配置为按一定的顺序来对各个通道进行扫描转换，本设计只采集一个通道的信号，所以不使用扫描转换模式。本设计需要循环采集电压值，所以使用连续转换模式。

2、本次课程设计还使用到了DMA。DMA是一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和储存器之间利用系统总线直接读写数据，不需要微处理器干预。使能ADC的DMA接口后，DMA控制器把转换值从ADC 数据寄存器(ADC_DR)中转移到变量ADC_ConvertedValue中，当DMA 传输完成后，在main函数中使用的ADC_ConvertedValue的内容就是ADC转换值了。

3、STM32内部的温度传感器和ADCx_IN16输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压值转换成数字值。STM内部的温度传感器支持的温度范围：-40到125摄氏度。利用下列公式得出温度

温度(°C) = {(V25 - VSENSE) / Avg_Slope} + 25

式中V25是 VSENSE在25摄氏度时的数值（典型值为1.42V）

Avg_Slope是温度与VSENSE曲线的平均斜率（典型值为4.3mV/C）

利用均值法对转换后的温度进行滤波，将得到的温度通过串口输出。

4、本设计采用了USART1作为串行通信接口，来进行时间、温度的传输，以及进行时间和温度上下限的设定。

5、当温度超过上下限时，开发板上的灯会相应亮起作为警报，使用了GPIO配置引脚。

6、时间计时使用了systick时钟，并配置其中断，由此进行一秒定时，实现时钟的实时显示。

7、时间设定部分参考了一个两位数字读取的函数，在进入主循环前设定参数，从而避免了在串口中断中输入只能一次性输入所有参数的弊端。

三、程序流程图

四、软件设计

用到的库文件：

stm32f10x_adc.h，stm32f10x_dma.h，stm32f10x_flash.h，stm32f10x_gpio.h，stm32f10x_rcc.h，stm32f10x_usart.h，misc.h 自己编写的文件：

main.c，stm32f10x_it.c，stm32f10x_it.h

main文件：

#include "stm32f10x.h"

#include "stdarg.h"

#include "stdio.h"

#define ADC1_DR_Address ((uint32_t)0x4001244C)

extern __IO u16 ADC_ConvertedValue;

extern __IO u16 calculated_temp;

__IO u16 Current_Temp;

unsigned char sec=0,min=0,hour=0;

typedef struct

{

int tm_sec;

int tm_min;

int tm_hour;

}rtc_time;

rtc_time systmtime;

__IO u16 upper_bound;

__IO u16 lower_bound;

//static uint8_t USART_Scanf(uint32_t value);

void Time_Regulate(rtc_time *tm);

unsigned int TimingDelay=0;

unsigned int KEY_ON;

unsigned int KEY_OFF;

void Delay(u32 count)

{

u32 i=0;

for(;i

}

void LED_GPIO_Config()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // 使能PD端口时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;

//LED0-->PD.8端口配置

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 速度50MHz

GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOB.5

}

void SysTick_Init()

{

if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000))

{

while(1);

}

SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//关闭滴答定时器

//SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//开启滴答定时器

}

void Delay_ms(__IO u32 nTime)

{

TimingDelay=nTime;

SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//打开

while(TimingDelay != 0);

}

void RCC_Config(void)//配置时钟

{

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);//DMA RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);//ADC1 and GPIOC

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//USART

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // 使能PD端口时钟LED

}

void GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/***Config PA.01 (ADC1)***/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

/***Config LED ***/

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 速度50MHz

GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOB.5

/***Config USART ***/

/* Configure USART1 Tx (PA.09) as alternate function push-pull */

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);

/* Configure USART1 Rx (PA.10) as input floating */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

}

void DMA_Config(void)

{

/* DMA channel1 configuration */

DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

DMA_DeInit(DMA1_Channel1);

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; /*ADC??*/

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue;

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 16;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize =

DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;

DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);

/* Enable DMA channel1 */

DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);

}

void ADC1_Config(void)

{ ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE ;

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

/* ADC1 regular channel16 configuration */

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);

ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

ADC_ResetCalibration(ADC1);

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

ADC_StartCalibration(ADC1);

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

}

void USART1_Config(void)

{

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

USART_https://www.360docs.net/doc/83883494.html,ART_BaudRate = 9600;

USART_https://www.360docs.net/doc/83883494.html,ART_WordLength = USART_WordLength_8b;

USART_https://www.360docs.net/doc/83883494.html,ART_StopBits = USART_StopBits_1;

USART_https://www.360docs.net/doc/83883494.html,ART_Parity = USART_Parity_No ;

USART_https://www.360docs.net/doc/83883494.html,ART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

USART_https://www.360docs.net/doc/83883494.html,ART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

// USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE); //接收使能

// USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE); //发送使能USART_Cmd(USART1,ENABLE); //启动串口

}

static uint8_t USART_Scanf(uint32_t value)//字符串读取函数

{

uint32_t index = 0;

uint32_t tmp[2] = {0, 0};

while (index < 2)

{

/* Loop until RXNE = 1 */

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) ==RESET) {

}

tmp[index++] = (USART_ReceiveData(USART1));

if ((tmp[index - 1] < 0x30) || (tmp[index -1] > 0x39))

{

printf("\n\r请输入有效数字0 到9 -->: ");

index--;

}

}

index = (tmp[1] - 0x30) + ((tmp[0] - 0x30) * 10);

/* Checks */

if (index > value)

{

printf("\n\r请输入有效数字0 到%d", value);

return 0xFF;

}

return index;

}

void Time_Regulate(rtc_time *tm)//时间设定函数

{

uint32_t Tmp_HH =0xFF, Tmp_MI = 0xFF, Tmp_SS = 0xFF; uint32_t Tmp_up = 0xff,Tmp_low = 0xff;

printf("\r\n 设定温度范围");

printf("\r\n 输入温度上限: ");

while (Tmp_up == 0xFF)

{

Tmp_up = USART_Scanf(99);

}

printf("\n\r 温度上限为%0.2d C\n\r", Tmp_up);

upper_bound = Tmp_up;

//-------------------

printf("\r\n 输入温度下限: ");

while (Tmp_low == 0xFF)

{

Tmp_low = USART_Scanf(99);

}

printf("\n\r 温度下限为%0.2d C\n\r", Tmp_low); lower_bound = Tmp_low;

printf("\r\n 设定时间");

Tmp_HH = 0xFF;

printf("\r\n 设定小时: ");

while (Tmp_HH == 0xFF)

{

Tmp_HH = USART_Scanf(23);

}

printf("\n\r 设定小时为%d\n\r", Tmp_HH ); tm->tm_hour= Tmp_HH;

Tmp_MI = 0xFF;

printf("\r\n 设定分钟: ");

while (Tmp_MI == 0xFF)

{

Tmp_MI = USART_Scanf(59);

}

printf("\n\r 设定分钟为%d\n\r", Tmp_MI);

tm->tm_min= Tmp_MI;

Tmp_SS = 0xFF;

printf("\r\n 设定秒: ");

while (Tmp_SS == 0xFF)

{

Tmp_SS = USART_Scanf(59);

}

printf("\n\r 设定秒为%d\n\r", Tmp_SS);

tm->tm_sec= Tmp_SS;

}

int fputc(int ch, FILE *f)//重定向函数

{

USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch);

// while (!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE));

while( USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!= SET);

return (ch);

}

/*****************************主函数

***********************************************/

int main(void)

{

#ifdef DEBUG

#endif

SysTick_Init();

LED_GPIO_Config();

RCC_Config();

GPIO_Config();

DMA_Config();

ADC1_Config();

USART1_Config();

Delay(5000);

Time_Regulate(&systmtime);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);

sec=systmtime.tm_sec;

min=systmtime.tm_min;

hour=systmtime.tm_hour;

while(1)

{

sec++;

if(sec==60)

{ sec=0;min++;

if(min==60)

{

min=0;hour++;

if(hour==24)

{

hour=0;

}

}

}

printf("\r\n 当前时间：%d :%d :%d \r\n", hour,min,sec);

printf("\r\n 当前温度：%02d C 温度上限：%02d C 温度下限：%02d C \r\n",Average_Temp,upper_bound,lower_bound);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);

if(((int)Current_Temp) > ((int)upper_bound))

{

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8);

}

else if(((int)Current_Temp) < ((int)lower_bound))

{

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);

}

else{

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);

GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);}

Delay_ms(1000);

}

}

stm32f10x_it.c文件：

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

#include "stm32f10x_it.h"

/* Private functions

---------------------------------------------------------*/

void display(void)

{

unsigned char ad_data,ad_value_max,ad_value_min;

ad_data=Current_Temp;

if(ad_sample_cnt==0)

{

ad_value_max=ad_data;

ad_value_min=ad_data;

}

else if(ad_data

{

ad_value_min=ad_data;

}

else if(ad_data>ad_value_max)

{

ad_value_max=ad_data;

}

ad_value_sum+=ad_data;

ad_sample_cnt++;

if(ad_sample_cnt==10)

{

ad_value_sum-=ad_value_min;

ad_value_sum-=ad_value_max;

ad_value_sum/=8;

calculated_temp=ad_value_sum;

ad_sample_cnt=0;

ad_value_min=0;

ad_value_max=0;

}

}

void SysTick_Handler(void)

{

TimingDelay--;

ADC_tempValueLocal = ADC_ConvertedValue;

//printf("\n %02d \n, ADC_ConvertedValue");

Current_Temp=(V25-ADC_tempValueLocal)/Avg_Slope+25;

temp_sum+=Current_Temp;

temp_cnt++;

if(temp_cnt>=10)

{

temp_cnt=0;

temp_sum/=10;

Average_Temp=temp_sum;

temp_sum=0;

}

//printf("\r\n The current temperature = %02d C\r\n", calculated_temp);

}

五、课程总结与个人体会

嵌入式开发是自动化专业的主要课程之一，现实生活中，嵌入式在应用可以说得是无处不在。因此在大学中掌握嵌入式的开发技术是十分重要的，也是十分必要的。

本次使用基于Cortex-M3内核的32位ARM处理器stm32作为主控制器，设计了一种温度测控系统。

系统中，使用了ADC、DMA、温度传感器、USART、GPIO、定时器、NVIC等资源，实践了课上所学的内容，深深体会到了应用的重要性。在课程设计的过程中，为了减小干扰的影响，数据采集后，平均算法进行温度输出。并利用串口设计了简单的交互系统，虽然没有使用上位机，但也达到了比较好的效果。通过本次课程设计，着实经历到了很多想象不到的困难，自己的一些想法也不够成熟，最后还是参考了别人的解决方案，这让我深深认识到在嵌入式开发这条路上，与别人交流学习是提升自己的非常有效的方式。

在设计串口设定时间的程序时，我最开始的想法是通过USART 的中断进行输入字符的识别，从而分别设定时间以及温度上下限，可是经过自己的冥思苦想还是想不出来，怎么都实现不了。无奈之下，我只好去隔壁寝室的大神那里虚心求教，在参考了他的程序之后我恍然大悟，选择了在循环之外先按顺序读取字符串的方法，顺利解决了我的问题，让我深深认识到了交流的重要性，在自己的想法不够完善时，多多了解些别人的算法对提升自己是有很大帮助的。