单片机温度检测记录系统

1、 物理与电子信息学院 题目：单片机温度检测记录系统行政班级： 成员分组名单 学号： 姓名： 选课班级： 任课教师： 成绩：目录1 设计任务与要求21.1 设计任务21.2 技术指标21.3 题目评析22 方案比较与论证22.1 各种方案比较与选择23 系统硬件设计33.1 系统的总体设计3图3-2 总体原理图33.2 功能模块设计及工作原理的分析43.2.1 时钟显示模块43.2.2 温度传感器模块53.2.3 LCD显示数据模块63.2.4 串口数据传输显示模块73.3 发挥部分的设计与实现93.3.1 年月日时分秒，温度报警上限设置功能93.3.1.1硬件按钮部分93.3.1.2 红外遥控

2、设置模块93.3.2 按键传输串口数据104 系统软件设计115 测试结果146 系统电路存在的不足和改进的方向157 参考文献168 附录:171 设计任务与要求1.1 设计任务设计制作一台可检测和记录温度的系统。1.2 技术指标(1) LCD显示实时时钟：年、月、日、时、分、秒；(2) 每30秒采样温度，LCD更新显示温度值；(3) 按键触发存储当前温度和时钟信息（年、月、日、时、分）；(4) 按键触发串口传输存储的温度和时钟信息；(5) 温度测量精度：1度。1.3 题目评析本设计题我们小组摒弃了常规做法，加入了两项独特的创新实现方法：(1) 对于数据传送储存显示方面我们不使用24C02存

3、储器，I2C存储器等储存器件，而是直接通过串口将数据传输的电脑中通过VB界面显示数据并将数据记录在电脑硬盘中。(2)在设置时间日期，上限温度上，我们不仅仅采用了硬件按钮控制而且还加入了红外遥控控制。 与此同时，我们的温度测量精度在理论上能达到0.0625实际运行时也能达到0.1度，而实验所要求的仅为1摄氏度。另外，在DS1302芯片上加入了一个备用电源，使得主电源掉电时，时钟芯片仍然在随着时间的移动而实时更新。因此主电源再次上电时，时钟依然是准确的，而不必重新调过。2 方案比较与论证2.1 各种方案比较与选择2.1.1 温度传感器目前使用接触式比较多，主要有热电式传感器，把温度变化转换为电阻变

4、化的叫热电阻传感器，把温度变化转换为热电势变换的叫热电偶传感器。方案1：热电阻传感器具有高温系数，高电阻率，物理特性稳定，良好的线性输出等优点，常用的有pt100等。方案2：热电偶传感器具有结构简单，测量范围广，热惯性小，准确度高，输出信号远的优点，但价格较高。方案3：新型可编程温度传感器DS18B20,精度高,成本低,易于采集信号。利用热电偶或热敏电阻作为温度传感器，这类传感器至仪表之间通常都要用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线的价格很高，并且线路太长，会影响测量精度，这是直接以模拟量形式进行采集的不可避免的问题。采用新型可编程温度传感器DS18B20进行温度检测可以避免热电偶或热敏电阻作

5、为温度传感器所造成的测量精度误差过大等问题，同时DS18B20只需要一个I/O口便可以进行通信，它可以以更低的成本和更高的精确度实现温度检测。所以选择方案3。2.1.2 时钟显示方案1：采用内部时钟计时。方案2：采用外部时钟芯片DS1302。采用内部时钟计时，可以节省IO引脚，降低成本，但是内部振荡器使用阻容震荡，其精度不高，如果使用了串口、或者PWM等对时钟比较敏感的功能，会对时钟造成混乱。采用外部时钟芯片DS1302，不仅仅能对时间进行计时还可以对年、月、日、周进行计时，具有闰年补偿功能而且对于使用串口、或者PWM等对时钟比较敏感的功能，不会产生影响。如果接入外置电子电池的话在系统掉电的情

6、况下还可以继续计时。所以选择方案2。2.1.3 时间温度数据显示方案1：采用数码管显示。方案2：采用LCD显示器显示。采用数码管显示时间温度数据操作方便，但需要用到的数码管数量甚多，占用I/O口较多，浪费I/O口的利用率，且只能显示数字。而使用LCD显示虽然在编程上有一定程度比数码管显示的复杂性高，但其占用的I/O资源较少，且能显示的内容比数码管丰富的多，不仅能显示数值还能显示英文。所以使用方案2.2.1.4 数据的串口传送与储存显示方案1：通过串口将数据传送到另一个单片机系统上显示，采用24C02存储器对数据进行储存。方案2：通过串口将数据传送到PC机上并用VB程序编写的界面显示，采用PC机

7、上的“D盘”对数据进行储存。通过串口将数据从一个单片机传送到另一个单片机上设置较为简单，将数据存储到24C02存储器上，不易于对任意时间温度数据进行提取，而将数据传送到PC机上并用VB界面显示出来不仅美观而且信息量丰富，将数据储存在“D：温度.TXT”目录下不仅存储量大，而且便于直观查看。所以使用方案2。3 系统硬件设计3.1 系统的总体设计本系统以STM32F103ZET6 单片机为核心，采用温度传感器DS18B20进行温度检测，将数字温度信息传输到单片机中，在时钟方面采用外部时钟芯片DS1302，DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进

8、行计时。单片机通过采集温度时间信息后将温度时间数据传送到LCD上显示出来，并将数据通过串口通信通过MAX232传送到电脑中，硬件总体框图如下：STM32F103ZET6LCD显示外部时钟DS1302Dth11温湿传感器MAX232电脑PC串口数据传输采集温度图3-1 硬件总体框图3.2 功能模块设计及工作原理的分析3.2.1 时钟显示模块时钟模块采用外部时钟DS1302进行计时，DS1302 是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的

9、时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。其管脚图以及此模块仿真图如图3-3（a）及3-3（b）所示。(a) (b)图3-3 DS1302管脚图与时钟模块仿真图各引脚的功能为： Vcc1：备用电源；Vcc2：主电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2 Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。 在实物中，我们将vcc1与一颗3V的钮扣电池相连，从而实现时钟实时更新功能。SCLK

10、：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； I/O：三线接口时的双向数据线； CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 DS1302有下列几组寄存器： DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h8Dh，写时80h8Ch），存放的数据格式为BCD码形式，如下图3-4所示。图3-4 各寄存器详情DS1302 的控制字如图3-5所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，

11、为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。图3-5 DS1302控制字DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔

12、时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。3.2.2 dht11温湿感应器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和卓越的长期稳定性。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、

13、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验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型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，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。折叠技术参数供电电压: 3.35.5V DC输 出: 单总线数字信号测量范围: 湿度20-90%RH， 温度050测量精度: 湿度+-5%RH， 温度+-2分 辨 率: 湿度1%RH， 温度1互 换 性: 可完全互换 ，长期稳定性: 1%RH/年3.2.3 串口数据传输显示模块

14、串行接口Serial Interface是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。 RS-232也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口。采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k。所以RS-232适合本地设备之间的通信。这里我们通过STM32F103ZET6的串行

15、传输口TXD，RXD，将温度，时间数据通过MAX232传输到PC上并通过VB界面显示时间温度描绘温度/时间曲线。MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX232引脚图如图3-11（a）硬件设置如图3-11(b)，VB显示界面如图3-12。(a) (b)图3-11 MAX232引脚图及其MAX32仿真图图3-12 单片机温度检测记录系统（vb）如图3-11(a)与3-11(b)所示，其各引脚功能介绍如下：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口

16、电平的需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。 其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。 3.3 发挥部分的设计

17、与实现发挥部分包含两个部分。首先是年月日时分秒及其温度报警上限功能设置，另外还有串口数据传输部分的实现。3.3.1 年月日时分秒，温度报警上限设置功能年月日时分秒及其温度报警上限功能设置有两种方法，包括硬件按键设置以及红外遥控设置。3.3.1.1 硬件按钮部分硬件按钮部分设置如图3-13所示，key1：为功能设置进入按钮，key2：为功能切换按钮如图3-14，3-15，3-16，3-17，3-18，3-19，3-20，所示。key3：为加一功能按键。key4：为减一功能按键。在这一部分中，4个按键按下key1即可进入年设置模式，通过key3与key4键进行加一减一操作。设置完年份之后，再按下k

18、ey2即可进入月份设置操作，继续按下则能相继出现日，时，分，秒及温度上限的设置操作，同理，key3与key4对数值设置进行加减。 图3-13 硬件按钮设置 图3-14 设置年份 图3-15设置月份 图3-16 设置日期 图3-17 设置小时 图3-18 设置分钟 图3-19 设置秒 图3-20 设置温度3.3.1.2 红外遥控设置模块人的眼睛能看到的是可见光，若按波长排列，依次(从长到短)为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，红光的波长范围为 0.62m0.7m，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长 0.76m1.5m之间的近红外线来传送控制信号的。红外线的特点是不干扰其他电器设备工作

19、，也不会影响周边环境。调试简单，若对发射信号进行编码，可实现多路红外遥控功能。红外线发射和接收：红外遥控发射器由键盘矩阵、遥控专用集成电路、激励器和红外发光二极管组成。遥控专用集成电路(采用AT89S52 单片机)是发射系统的核心部分，其内部由振荡电路、定时电路、扫描信号发生器、键输入编码器、指令译码器、用户码转换器、数码调制电路及缓冲放大器等组成。它能产生键位扫描脉冲信号，并能译出按键的键码，再经遥控指令编码器得到某键位的遥控指令(遥控编码脉冲)，由38KHZ 的载波进行脉冲幅度调制，载有遥控指令的调制信号激励红外二极管发出红外遥控信号。在红外接收器中，采用光电转换器（光电二极管），将接收到

20、的红外光指令信号转换成相应的电信号。由于技术原因与制作成本，红外遥控发射器是利用现成的电视遥控器。接收器将接收到的红外频率数据传输到单片机中，进行处理识别红外控制的按键，从而进行时间温度的设置。3.3.2 按键传输串口数据如下图3-21为串口传输的按键。四个按键分别对应的功能如下：Key3：单次按键传输串口数据，即每触发一次传输一次即时的时间温度数据。Key4：触发一次连续传输即时的串口数据。Key2：停止串口数据传输按钮。图3-21 按键传输串口数据功能键4 系统软件设计主函数开始先进行LCD初始化，时钟芯片初始化，串口初始化，之后通过时间，温度处理函数读取时间，温度的数值，判断是否有按键被

21、按下，如果没有运行时间显示函数，温度显示函数，温度报警函数；如果按键被按下，则进入功能设置函数调节时间和温度上限。总体程序流程图如图4-1所示。开始Lcd初始化，时钟芯片初始化，串口初始化正常显示模式下功能设置显示模式时间处理函数，温度转换处理函数键盘扫描时间显示函温度显示函温度报警函数串口判断传输函数功能设置函数图4-1 总体程序流程图主程序可见附录程序1。4.1 温度传感器流程图 将dht11首先要将温度传感器内存初始化，逐字读取传感器RAM中的的温度数据，并将数据转化为十进制的浮点型数据，返回温度值。其流程图如下： 开始初始化温度传感器读取温度传感器RAM内存中的温度数据将温度数据转化为

22、十进制浮点型数据结束，返回温度值 图4-2温度传感器流程图 温度传感器程序见附录程序2。4.2 时钟芯片流程图开始 判断时间显示是否正确如果不正确外部电路可从新设置时钟之后进入流程（1），如果时间显示正确，（1）读取芯片内部RAM中的提取年、月、日、时、分、秒数据，并将年、月、日、时、分、秒值返回。时间显示是否正常NY外部手动进入内部RAM设置正确时钟从DS1302RAM中提取年、月、日、时、分、秒数据结束，返回年、月、日、时、分、秒值图4-3 时钟芯片流程图 时钟芯片程序见附录程序3。4.3 红外控制程序流程图初始化红外接收管，判断是否接收到红外信号，无则结束，有则判断红外信号是否为有用信号

23、，如有有用信号则返回相应的值。开始初始化红外接收管是否接收到红外信号判断所收到的红外信号，有用信号则返回结束YN 图4-4 红外控制程序流程图红外控制程序见附录程序4。 4 测试结果 如上图为我们所搭的实物图，接通电源后，各个模块均正常工作，LCD显示时间温度正常。6 系统电路存在的不足和改进的方向电路存在不足之处在于时间温度的串口传输是通过有线进行的，灵活性与局限性较大，如果主系统与从系统距离较大，便使用起来更不方便，改进之处在于，不使用有线传输数据，而是使用无线传输数据，使用功率较大的无线接受发器还可以传送百米甚至几百米以上的距离，在软件方面对无线设置协议便可解决因距离过大而产生的数据出错

24、。另外，可以考虑同时实现本地存储与异地存储的结合使用。困为如果要存储在电脑上，虽然美观而且使用方便，但是其功耗及延时将会比存储在本地上要多得多。所以，这也将是一个改进的方向。7 技能训练四感想经过这次的测试技术实验,我们小组得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方

25、法。还有团结协作的精神，而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。8 附录1） 文件主函数int main(void) u8 t=0; u8 temperature; u8 humidity; Stm32_Clock_Init(9);/系统时钟设置TIMER_Init();uart_init(72,9600); /串口初始化为9600delay_init(72); /延时初始化 LED_Init(); /初始化与LED连接的硬件接口LCD_Init(); /初始化LCDusmart_dev.init(72);/初始化USMARTKEY_Init();/按键初始化POINT_COLOR=RED;/设置

26、字体为红色 while(DHT11_Init()/DHT11初始化LCD_ShowString(60,130,200,16,16,DHT11 Error);Delay_ms(200);LCD_Fill(60,130,239,130+16,WHITE); Delay_ms(200); LCD_ShowString(60,130,200,16,16,DHT11 OK);POINT_COLOR=BLUE;/设置字体为蓝色 LCD_ShowString(60,150,200,16,16,Temp: C); LCD_ShowString(121,150,200,16,16,.); LCD_ShowStr

27、ing(60,170,200,16,16,Humi: %); LCD_ShowString(121,170,200,16,16,.);while(1) if(t%10=0)/每100ms读取一次 DHT11_Read_Data(&temperature, &humidity);/读取温湿度值 LCD_ShowNum(60+45,150,temperature,2,16);/显示温度 LCD_ShowNum(60+45,170,humidity,2,16);/显示湿度 Delay_ms(10);t+;if(t=20)/t=0;LED0=!LED0; if(t=100) t=calendar.se

28、c; calendar.hour=13;/ calendar.min=40; if(calendar.sec%60=0) calendar.sec=0; calendar.min+; if(calendar.min%60=0) calendar.min=0; calendar.hour+; LCD_ShowNum(60,10,calendar.w_year,4,16); LCD_ShowNum(100,10,calendar.w_month,2,16); LCD_ShowNum(124,10,calendar.w_date,2,16); LCD_ShowNum(60,42,calendar.h

29、our,2,16); LCD_ShowNum(84,42,calendar.min,2,16); LCD_ShowNum(108,42,calendar.sec+,2,16); Delay_ms(10); 2）dht11温湿感应器函数程序/复位DHT11void DHT11_Rst(void) DHT11_IO_OUT(); /SET OUTPUT DHT11_DQ_OUT=0; /拉低DQ Delay_ms(20); /拉低至少18ms DHT11_DQ_OUT=1; /DQ=1 Delay_us(30); /主机拉高2040us/等待DHT11的回应/返回1:未检测到DHT11的存在/返回

30、0:存在u8 DHT11_Check(void) u8 retry=0;DHT11_IO_IN();/SET INPUT while (DHT11_DQ_IN&retry=100&retry210)return 1;else retry=0; while (!DHT11_DQ_IN&retry=100)return 1; return 0;/从DHT11读取一个位/返回值：1/0u8 DHT11_Read_Bit(void) u8 retry=0;while(DHT11_DQ_IN&retry100)/等待变为低电平retry+;Delay_us(1);retry=0;while(!DHT11

31、_DQ_IN&retry100)/等待变高电平retry+;delay_us(1);Delay_us(40);/等待40usif(DHT11_DQ_IN)return 1;else return 0; /从DHT11读取一个字节/返回值：读到的数据u8 DHT11_Read_Byte(void) u8 i,dat; dat=0;for (i=0;i8;i+) dat=1; dat|=DHT11_Read_Bit(); return dat;/从DHT11读取一次数据/temp:温度值(范围:050)/humi:湿度值(范围:20%90%)/返回值：0,正常;1,读取失败u8 DHT11_Rea

32、d_Data(u8 *temp,u8 *humi) u8 buf5;u8 i;DHT11_Rst();if(DHT11_Check()=0)for(i=0;iAPB2ENR|=1CRH&=0XFFFF0FFF;/PORTG.11 推挽输出GPIOG-CRH|=0X;GPIOG-ODR|=1CTRL&=(1CTRL|=1LOAD=reload; /每1/OS_TICKS_PER_SEC秒中断一次SysTick-CTRL|=1LOAD;/LOAD的值 ticks=nus*fac_us; /需要的节拍数 tcnt=0;OSSchedLock();/阻止ucos调度，防止打断us延时told=SysT

33、ick-VAL; /刚进入时的计数器值while(1)tnow=SysTick-VAL;if(tnow!=told) if(tnow=ticks)break;/时间超过/等于要延迟的时间,则退出. ;OSSchedUnlock();/开启ucos调度 /延时nms/nms:要延时的ms数void delay_ms(u16 nms)if(OSRunning=OS_TRUE)/如果os已经在跑了 if(nms=fac_ms)/延时的时间大于ucos的最少时间周期 OSTimeDly(nms/fac_ms);/ucos延时nms%=fac_ms;/ucos已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时

34、 delay_us(u32)(nms*1000);/普通方式延时 #else/不用ucos时/延时nus/nus为要延时的us数. void delay_us(u32 nus)u32 temp; SysTick-LOAD=nus*fac_us; /时间加载 SysTick-VAL=0x00; /清空计数器SysTick-CTRL=0x01 ; /开始倒数 dotemp=SysTick-CTRL;while(temp&0x01)&!(temp&(1CTRL=0x00; /关闭计数器SysTick-VAL =0X00; /清空计数器 /延时nms/注意nms的范围/SysTick-LOAD为24位

35、寄存器,所以,最大延时为:/nms=0xffffff*8*1000/SYSCLK/SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms/对72M条件下,nmsLOAD=(u32)nms*fac_ms;/时间加载(SysTick-LOAD为24bit)SysTick-VAL =0x00; /清空计数器SysTick-CTRL=0x01 ; /开始倒数 dotemp=SysTick-CTRL;while(temp&0x01)&!(temp&(1CTRL=0x00; /关闭计数器SysTick-VAL =0X00; /清空计数器 #endif u8 cnt1=0, cnt2=0;void TIMER_Init(

36、void) RCC-APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM6EN | RCC_APB1ENR_TIM7EN;void Delay_us(u32 uns) cnt1 = 0; TIM6-ARR = uns; TIM6-PSC = 71; /1MHz=1us; TIM6-CR1 |= TIM_CR1_OPM; TIM6-DIER |= TIM_DIER_UIE; TIM6-CR1 |= TIM_CR1_CEN; MY_NVIC_Init(0,1,TIM6_IRQn,0); while (!cnt1); cnt1 = 0;void Delay_ms(u16 ums) TIM7-ARR = ums*10; TIM7-PSC = 7199; /10KHz=0.1ms; TIM7-CR1 |= T