基于STM32单片机的电感测量仪的研究及实现
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告1. 引言超声波测距仪（Ultrasonic Distance Sensor）是一种常用的测距设备，通过发送超声波脉冲并接收其反射信号来测量目标与测距仪之间的距离。
本报告将详细介绍基于stm32单片机的超声波测距仪的设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的基本原理是利用超声波在空气中的传播速度和反射特性来计算目标物体与测距仪之间的距离。
其中，stm32单片机作为测距仪的控制核心，通过发射超声波脉冲并测量接收到的回波时间来计算距离。
2.1 超声波传播速度超声波在空气中的传播速度约为340m/s，可以通过测量超声波往返的时间来计算出距离。
2.2 超声波反射信号当超声波遇到障碍物时，会产生反射信号，测距仪接收到这些反射信号并测量其时间差，再通过计算即可得到距离。
3. 硬件设计本设计使用stm32单片机作为核心控制器，并搭配超声波发射器和接收器模块。
3.1 超声波发射器超声波发射器负责产生超声波脉冲，并将脉冲信号发送到待测物体。
3.2 超声波接收器超声波接收器负责接收从物体反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
3.3 stm32单片机stm32单片机作为测距仪的核心控制器，负责发射超声波脉冲、接收反射信号并计算距离。
4. 软件设计本设计涉及的软件设计包括超声波信号发射、接收信号处理和距离计算等。
4.1 超声波信号发射使用stm32单片机的GPIO口控制超声波发射模块，产生一定频率和周期的脉冲信号。
4.2 接收信号处理通过stm32单片机的ADC模块，将超声波接收器接收到的模拟信号转换为数字信号，并对信号进行处理和滤波。
4.3 距离计算根据接收到的超声波反射信号的时间差，结合超声波的传播速度，使用合适的算法计算出距离。
5. 实验结果与分析经过实际测试，基于stm32单片机的超声波测距仪达到了预期的效果。
能够精确测量目标与测距仪之间的距离，并显示在相关的显示设备上。
《2024年基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》范文
《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言随着科技的不断进步，测量技术在众多领域中的应用日益广泛。
高精度超声波测距系统，以其非接触式、测量速度快和成本低廉的优点，被广泛应用于智能机器人、车辆导航、无人机飞行控制等场景。
本文将详细介绍基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计，包括系统架构、硬件设计、软件设计以及实验结果分析等方面。
二、系统架构本系统采用STM32单片机作为主控制器，通过超声波传感器进行测距。
系统主要由STM32单片机、超声波传感器、电源模块、信号处理模块等部分组成。
其中，STM32单片机负责控制超声波传感器的发射与接收，以及处理测距数据；超声波传感器负责将超声波信号发送出去并接收反射回来的信号；电源模块为系统提供稳定的电源；信号处理模块用于对接收到的信号进行滤波、放大等处理，以提高测距精度。
三、硬件设计1. STM32单片机：选用性能稳定、功能强大的STM32系列单片机作为主控制器，负责控制整个系统的运行。
2. 超声波传感器：选用高精度的超声波传感器，具有灵敏度高、测量范围广等优点。
通过单片机的GPIO口控制传感器的发射与接收。
3. 电源模块：为系统提供稳定的电源，包括电池或外接电源两种供电方式。
4. 信号处理模块：对接收到的超声波信号进行滤波、放大等处理，以提高测距精度。
四、软件设计1. 初始化：对STM32单片机进行初始化设置，包括GPIO口、时钟等。
2. 控制超声波传感器：通过GPIO口控制超声波传感器的发射与接收，发送一定频率的超声波信号并等待接收反射回来的信号。
3. 信号处理：对接收到的信号进行滤波、放大等处理，然后通过ADC（模数转换器）将信号转换为数字信号。
4. 距离计算：根据测量的时间差（即超声波信号往返的时间），结合声速，计算出物体与传感器之间的距离。
5. 显示与输出：将测量的距离通过LCD或LED等方式显示出来，同时可通过串口或蓝牙等方式将数据传输到其他设备。
基于STM32的电路特性检测仪
基于STM32的电路特性检测仪本文介绍了一种基于STM32F407核心板的电路特性检测仪，主要针对以BJT、FET和运放为核心的简单电路。
设计以DDS信号发生器作为信号源，可产生1kH的正弦波信号;以电压跟随、差分放大电路以及峰值检测电路组成输入检测电路，以电压跟随、峰值检测电路、RC低通滤波、运放输出、开关电路组成输出测试电路;以STM32F407作为系统控制和数据处理的核心，并控制信号发生器产生源信号，同时对测试电路产生的电路特性进行检测和处理得到被检测电路特性数据值。
此检测仪可较精准地检测出电路的各项数据。
标签：STM32F407单片机;DDS信号发生器;自制PCB检测电路;电阻分压法在电路设计过程中，电路检测仪是必不可少的，它不仅可以测量电路的各项参数，还可以检测电路的故障。
但其中适用于学生的、低成本的，且是针对BJT、FET和运放的电路特性测试仪还是比较少的。
本设计则在满足上述条件的同时，又保证了低成本——选用NE5532、LMD358和AD620等低成本芯片，还通过优化电路使得测量的结果达到较高的精度，且同时兼备操作方便、检测结果直观明了的优点。
一、检测仪的硬件组成及原理检测仪主要由控制部分和外围电路两部分组成。
控制部分的核心是STM32F407控制板，外围电路由DDS函数信号发生器、输入检测电路、输出检测电路和输出显示屏组成。
外围电路的主要功能是得到输入、输出电阻和增益的数据信息并传给控制中心，控制部分的主要功能是收集和处理信息得到具体数据值，分析被测电路的变化和故障，最后将数据和分析结果显示在LCD屏上。
（一）硬件电路的第一部分为输入测试电路。
输入测试电路由一个可变电阻Rg和测量电路并联组成。
采用电阻分压法，将测试电路与待测电路串联后，测试电路可得Rg两端电压，通过AD620进行差分放大，增益为G=49.4/KΩ/Rg+1，再将放大后的信号通过峰值检测电路转换成直流输出，可得到所需电压Vg。
基于STM32的电流互感器现场校验仪的设计
（ ２ ｚ ）
其中， 为互 感器 的标称 变 比 ， 可 由键 盘 电路手 动输 入．
互 感器 角差 ６为一次 和二 次 电流相位 差 ， 由公 式 （ ３ ）可得
６ ＝０ １ —０ ２ ， （ ３ ）
１ ． １ 电流 互感器 校 验仪 的工 作原理
路 中； 二次绕组匝数较多 ， 串接在测量仪表和保护回路 中， 利用电磁感应原理 ， 把数值较大的一次电流通过一
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—１ ０— ２ ０
作者简介 ： 蒋威 （ １ ９ ７ ６ 一） ， 男， 河南永城人 ， 讲师 ， 硕 士， 主要从 事电子 电路与测控仪表的研 究工作
・
５ ０・
河 ３年
定 的变 比转换 为数值 较小 的二次 电流 ， 用于 配 电系统 的测量 与保护 ． 互感 器 的校 验方 式是 利用钳 形表 分别测 量一 次线 圈和二 次线 圈 的电流 ， 通 过特 定 的公 式及算 法 ， 求 出互 感器 的变 比 、 比差 和角差 等参数 ， 与互 感器 的标称 参数 进行校 对 ．
前 电流 互 感 器 校 验 仪 的 不足 ， 设 计 了一 种 基 于 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２的 电流 互 感 器 现 场 校 验 仪 ， 介 绍 了其 工 作原 理 及 软 硬 件 设 计 并 给 出 了主
要 硬 件 电路 及 软 件 流 程 图．
关键词 ： 电流 互 感 器 ； 现 场校 验 仪 ； 二 次 负荷 测 量 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ６ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４— ３ ３ ０ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４— ０ ０ ４ ９— ４ ０
基于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２的 电流 互 感 器 现 场 校 验 仪 的 设 计
stm32电容测量仪实验报告
stm32电容测量仪实验报告
实验目的：
本实验旨在设计并实现一个基于STM32的电容测量仪，通过测量电容值来评估电容器的性能。
实验原理：
电容是一种存储电荷的元件，它由两个导体板之间的绝缘介质组成。
电容的大小与导体板之间的距离和绝缘介质的介电常数有关。
本实验采用了简单的充放电方法来测量电容值。
实验步骤：
1. 搭建电路：将待测电容器与STM32开发板相连，利用STM32的GPIO 口来控制充放电电路。
2. 设计程序：根据测量电容的原理，设计一个程序来控制充放电过程，并测量充电时间和放电时间。
3. 采集数据：通过程序获取充放电时间，并计算出电容值。
4. 显示结果：将测量得到的电容值通过串口或LCD显示出来，以便用户查看。
实验结果与分析：
经过多次实验，我们成功地测量了不同电容器的电容值。
实验结果表明，测量值与实际值之间存在一定的误差，这可能是由于电路中的电
阻和电感等元件的影响导致的。
因此，在实际应用中，我们需要对测量结果进行修正。
实验总结：
通过本实验，我们深入了解了电容测量的原理与方法，并成功地设计并实现了一个基于STM32的电容测量仪。
我们还发现了测量中可能存在的误差，并提出了对测量结果进行修正的建议。
这将有助于我们在实际应用中更准确地测量电容值，并评估电容器的性能。
展望：
在今后的研究中，我们可以进一步改进电容测量仪的设计，提高测量精度，并尝试应用更复杂的测量方法来提高测量效率。
另外，我们还可以将电容测量仪与其他传感器结合起来，构建一个多功能的电子测量系统，以满足不同应用领域的需求。
基于STM32的单相用电器分析监控装置的设计与实现
基于STM32的单相用电器分析监控装置的设计与实现一、引言随着人们对能源的需求不断增长，对电能的高效利用和监控也变得越来越重要。
单相用电器是家庭中常见的用电设备，对其进行分析和监控可以帮助用户了解用电情况并采取相应的能源节约措施。
本文基于STM32单片机设计了一种单相用电器分析监控装置，主要包括硬件系统设计和软件系统设计两个方面。
二、硬件系统设计1.系统框架设计本系统的硬件框架主要由STM32单片机、电流传感器、电压采样电路、通信模块和显示模块等组成。
其中，STM32单片机作为控制核心，通过电流传感器和电压采样电路获取用电器的电流和电压信号，并通过通信模块将数据传输给上位机进行分析和显示。
显示模块可以实时显示用电器的电流、电压、功率等信息。
2.电流传感器设计电流传感器用于测量用电器的电流并输出相应的电压信号。
常用的电流传感器有霍尔传感器和互感器等，本系统选择互感器作为电流传感器。
互感器通过测量电流在线圈上产生的磁感应强度来获取电流的大小。
3.电压采样电路设计电压采样电路用于测量用电器的电压并输出相应的电压信号。
电压采样电路一般由电阻和电容等组成，通过对电压进行采样，可以得到电压的大小。
4.通信模块设计通信模块用于将获取的用电数据传输给上位机进行分析和显示。
本系统选择无线通信模块进行数据传输，常用的无线通信模块有Wi-Fi、蓝牙和LoRa等，可以根据具体需求选择合适的通信模块。
5.显示模块设计显示模块用于实时显示用电器的电流、电压、功率等信息。
常见的显示模块有LCD屏幕和LED灯等，可以根据实际需要选择合适的显示模块。
三、软件系统设计1.系统初始化在系统初始化阶段，首先进行STM32单片机外设的初始化，包括电流传感器和电压采样电路的配置，通信模块和显示模块的初始化设置。
2.电流和电压采样在电流和电压采样过程中，通过互感器和电压采样电路读取电流和电压的值，并进行相应的处理。
可以使用STM32内置的ADC模块进行模拟电压和电流的采样。
stm32 电容测量仪 毕业设计
【文章标题：深度探讨STM32电容测量仪的设计与应用】一、引言在现代电子技术领域，STM32单片机是一种非常常见且功能强大的微控制器，并且电容测量仪是电子工程领域中重要的测量仪器之一。
在毕业设计中选择使用STM32单片机设计电容测量仪是具有广泛实用价值和丰富技术含量的设计课题。
本文将深入探讨STM32电容测量仪的设计与应用。
二、STM32单片机的特点1. 引脚数量众多，丰富的外设资源STM32单片机具有丰富的引脚数量和多样的外设资源，且支持多种通信协议，适合用于设计电容测量仪。
2. 高性能的处理器和丰富的存储资源STM32单片机内置高性能处理器和丰富的存储资源，能够满足电容测量仪对数据处理和存储的需求。
3. 成熟的开发生态和丰富的资料支持STM32的开发生态非常成熟，配套有丰富的开发工具和资料支持，为设计电容测量仪提供了便利条件。
三、电容测量仪的原理与设计1. 电容测量原理电容测量仪是通过施加不同的电压或电流信号，来测量被测电容的大小。
利用STM32单片机的ADC模块，采集测量信号，并通过一定的算法计算出被测电容的数值。
2. 设计要点（1）选择合适的电压或电流信号源（2）设计合适的采样电路和ADC接口电路（3）编写数据处理算法和存储功能四、毕业设计中的应用与实现1. 电容测量仪的硬件设计（1）选择STM32单片机作为主控芯片，并搭建外围电路（2）设计精确的参考电压源和采样电路2. 电容测量仪的软件设计（1）编写ADC采样程序（2）编写数据处理算法和显示功能（3）实现对数据的存储和导出功能五、个人观点与总结STM32单片机作为主控芯片的电容测量仪，具有设计灵活、性能稳定、成本低廉等优点，适合在毕业设计中进行研究与实践。
设计与应用STM32电容测量仪，不仅可以提升学生对单片机和电子测量仪器的理解与掌握，同时也具有实际的工程应用意义。
六、结语通过本文的深入探讨，相信读者对STM32电容测量仪的设计与应用有了更深入的了解。
基于STM32的简易自动电阻测量仪(软件设计)
宜宾职业技术学院毕业设计基于STM32的简易自动电阻测量仪（软件设计）系部电子信息工程系专业名称电子信息工程技术班级电子1091班姓名尹小东学号 2 0 0 9 1 1 1 6 6指导教师王伯黎2011 年 11 月 10 日摘要--------------------------------------------------- 2 1、方案论证与选择 --------------------------------------- 41.1核心控制芯片------------------------------------------------- 4 1.2档位切换模块------------------------------------------------- 4 1.3ADC采样电路------------------------------------------------- 5 1.4显示模块----------------------------------------------------- 5 1.5键盘控制电路------------------------------------------------- 52、系统设计 --------------------------------------------- 62.1系统总体思路------------------------------------------------- 6 2.2系统硬件模块设计--------------------------------------------- 72.2.1电源电路设计--------------------------------------------- 72.2.2恒压源电路设计------------------------------------------- 82.2.3档位切换电路设计----------------------------------------- 82.2.4电压跟随电路设计----------------------------------------- 92.2.5电机驱动电路设计---------------------------------------- 10 2.3软件设计---------------------------------------------------- 113、系统测试 -------------------------------------------- 124、设计总结 -------------------------------------------- 13 参考文献----------------------------------------------- 13 附录--------------------------------------------------- 14附录1主要元件清单 --------------------------------------------- 14 附录2产品实物图片 --------------------------------------------- 14本系统由闭环恒压源电路、闭环测量电路、电机驱动电路三大部分构成。
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基于STM32单片机的电感测量仪的研究及实现张清枝;李晓彦;宋科科【摘要】在提出一种采用RL暂态分析原理实现电感测量方法的基础上,充分利用STM32单片机的硬件资源和简洁、高效的软件设计思想,结合少量常见元器件设计了结构简单的电感测量电路,同时利用LabVIEW平台编写了上位机程序,最后通过误差分析从元件选择和软件编写两方面进一步降低了仪器的系统误差.经实际测试和实验室试用证明,该测量仪性能稳定,操作方便,测量结果精度较高,且显示迅速、清晰,可以自动记录测试若干个测量值,且具有较强的扩展性.%Based on proposing the RL transient analysis principle to measure the inductance, a simple inductance measurement circuit was designed which made full use of STM32 microcontroller hardware resources and simple, efficient software design ideas, composed by a single chip microcomputer and a small amount common components, at the same time, the PC program was prepared through LabVIEW platform, and the instrument systematic errors was further reduced by error analysis from component selection and preparation of software in the end.The practical test and laboratory trials proved the measuring instrument was featured with stable performance, easy operation, accuracy measurement, rapidly and clearly shown, meanwhile, it can automatically record many test results, and had strong extensibility.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)015【总页数】5页(P103-106,112)【关键词】电感测量;暂态分析;单片机;LabVIEW;误差【作者】张清枝;李晓彦;宋科科【作者单位】新乡学院机电工程学院,河南新乡 453003;新乡学院机电工程学院,河南新乡 453003;新乡学院机电工程学院,河南新乡 453003【正文语种】中文【中图分类】TM5510 引言电感器（简称电感）性能的优劣在一定程度上决定了电路各项性能，因此在实际工作中对电感器的测量是非常重要的。
目前电感的测量方法主要有电桥法、谐振法、三点式振荡法等［1-2］。
这些方法有各自的优缺点和适用范围，例如：电桥法具有较高的测量精度，但需手动调节，很难实现快速、自动测量；谐振法对激励信号的频率要求较高测试时间也较长［3-4］。
为取得较好的测试效果和较低的制作成本，本文提出采用暂态分析法测量电感的新方法。
该方法将电感值测量转换为动态时间的测量，并利用单片机完成，同时上位机用LabVIEW快速搭建，结合虚拟仪器技术，设计出一种电感测量仪，该仪器具有精度高、成本低，操作简便等优点。
1 系统总体方案设计图1为系统结构图，被测电感接入测量电路，和计算机按照规定连接好后，点击测量按钮，阶跃信号发生电路输出阶跃信号，同时单片机开始计时，当系统检测到结束条件时，单片机停止计时，由测量所得的时间和相关电压计算出待测电感的电感值，并将测量结果发到上位机处理和显示。
图1 系统结构图Fig.1 System structure diagram2 电感测量原理2.1 理论推导图2所示为一阶RL系统，其中Ur为激励信号，UL为输出响应。
设电路初态为零，即电感没有储能，将图3所示的阶跃信号作为其激励信号。
图2 一阶RL系统简图Fig.2 First-order RL system diagram图3 理想阶跃信号Fig.3 Ideal step signal列出该电路的s域方程组：解之得：对式（2）两边取拉氏反变换，得到阶跃信号作用下电感L两端电压随时间的变化规律：式中故一阶RL系统的阶跃信号响应为指数衰减函数。
设 R0=5V，则响应曲线如图4所示［5］。
图4 指数衰减函数曲线Fig.4 Exponential decay function curve从图4中可以看出，每一个时刻t都对应着唯一的电压uL。
若t1=τ，由公式（3）可得：2.2 基础电路及其工作原理根据式（5）可知，只要知道电阻值R和时间t1就可以精确计算出电感的大小。
由于电阻R的阻值可在电路设计、制作时预设，一般取20Ω左右，故只需测量时间t1即可。
电压比较器是在检测系统中应用非常广泛的重要电路之一［6］。
构成电压比较器的运算放大器多工作于开环状态或接入负反馈，不具备“虚短”特点，某时刻同相与反相两输入端谁的电位高，输出就反映谁的特征［7］。
本文以电压比较器为核心所设计的基于暂态分析的电感测量电路如图5所示。
图5 电感测量电路Fig.5 Inductance measurement circuit图5所示的电阻R20和电感L1串联，构成了一阶RL系统。
P0.0通过限流电阻与单片机相连接，三极管Q1起开关作用，其开关动作受单片机的控制，当P0.0为低电平时，三极管Q1关断，运算放大器同相端电压为0 V，当P0.0为高电平时，三极管Q1导通，运算放大器同相端电压为5 V，即运放同相端近似地输入一个幅值为5 V的阶跃信号。
可调电阻R16起分压作用，将运算放大器反相端电压设定为ur×e-1，即1.809 V。
由于运算放大器工作于开环状态，所以在阶跃信号作用下，当图4所示的零时刻到来，运算放大器输出高电平；当时间推移到t1时刻运算放大器输出低电平。
运算放大器输出端与单片机的IO口连接。
综上所述在单片机控制下，零时刻三极管Q1产生一阶跃信号，运算放大器输出高电平，单片机开始计时，当单片机检测运算放大器输出端电平变为低时，单片机停止计时，得到t1的数值，根据式（5）准确计算出电感的大小。
3 系统的软件设计3.1 上位机设计考虑到上位机软件开发的周期、成本、稳定性等，本上位机软件系统使用虚拟仪器开发平台Lab-VIEW。
该软件因其直观、简单的编程方式，强大的后续数据处理能力，以及与各种软硬件的便捷连接方法，受到了广大实验室技术人员和硬件工程师的欢迎，在测控应用领域得到了普遍的应用［8-10］。
本测控软件通过串口通信与单片机进行信息交流，捕捉用户测量意图，控制下位机系统的状态，实时读取电感测量电路采集的数据，并做适当处理，最终不仅将电感的大小显示到屏幕上，而且还将每次测试结果自动记录在预先设定好路径的Excel 文件中。
设计好的上位机程序前面板如图6所示。
3.2 下位机软件设计下位机软件的任务是接收来自上位机的指令，控制图5所示的电感测量电路的状态，采集时间数据，适当处理后发送给上位机。
下位机软件程序框图如图7所示。
下位机软件运行于STM32单片机上，其采用 ARM Cortex-M0内核，运行频率达 48 MHz，非常有利于采集微小的时间信号。
4 误差分析误差是电子测量中一个非常重要的指标，因此应了解可能造成误差的原因，并采取相应措施以减少误差。
一般来说电感测量的误差主要分为系统误差和随机误差［11-12］，其中随机误差是引起引起电感测量误差的主要原因，而电感的储能、自阻，计时误差等则是随机误差产生的主要因素。
一般来讲测量前泄放电感的储能则可以大大降低电感储能的影响；电感自阻的影响一则比较小，另外也可以通过程序的调试予以一定的抵消，故在硬件设计时不做特别处理；电源质量、元器件参数以及单片机程序和晶振在很大程度上决定了计时误差。
故在综合考虑电路结构的前提下，本测量仪采用锂电池供电、高精度低温漂电阻、高精度低温漂有源晶振和TL081运算放大器。
由于TL081具有上升时间短（0.05μs）、输入电阻大（1012Ω）等特点，大大减少了运放对RL系统的干扰，提高了测量精度。
图6 上位机程序前面板Fig.6 Front panel of PC program图7 下位机程序框图Fig.7 Block diagram of lower computer program为分析本电感测量仪的测量效果，选择若干电感值为100μH的电感进行测量，测量数据如表1所示。
表1中实际值是利用某厂生产的YY2810 LRC数字电桥所测的同批电感值。
由表1可知此时误差在±9.8%以内。
考虑到前期设计时已采取多种措施以减少测量误差，故在兼顾成本与测量精度的前提下，选择试凑的方法来抵消误差，即取100μH标准电感进行校准，反复修改、调试下位机程序，通过软件程序的微调达到减小误差的目的。
校正后的测量数据如表1所示。
由表1可知校正后的误差在±0.6%以内，比校正前大大较低。
表1 校正前后电感测量值与相对误差Tab.1 Inductance measurement values and relative error before and after correction序号实际值/μH/%校正前校正后校正前校正后测量值/μH 相对误差1 100.1 105.223 100.577+5.118+0.4772 100.1 95.334 100.576-4.761+0.4773 99.9 96.451 100.023-3.452+0.1234 100.0 104.332 99.631+4.332-0.3695 99.9 91.220 100.432-8.688+0.5336 100.0 109.822 100.37+9.822+0.3707 100.1 107.626 99.874+7.518-0.2268 99.9 92.545 99.670-7.362-0.230 9 99.9 97.310 100.135-2.592+0.235 10 100.0 104.721 100.436+4.721+0.4365 结束语为使该测量仪在较大测量范围内有较高的测量精度，分别取68μH，100μH，220μH，330μH，470 μH标准电感，进行多次校准。