STM32F103RBT电热恒温箱测控系统的设计

基于STM32F103RBT6电热恒温箱测控系统的设计摘要温度是工业控制中主要的被控参数之一，在工业控制领域，温度控制的应用非常广泛，控制精度的高低直接影响到产品的质量及使用寿命，研究和设计高性能的温度控制系统具有非常重要的意义。为保证恒温质量，本设计从低耗能、控制温度精度出发，主控部分采用的是以ARM的温度测量系统STM32F103系列的设计。而STM32是ARM的的Cortex-M3CPU的内核,也是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准处理器,具有低功耗、少门数、短中断延迟、低调试成本、测温精度高等优点。实现了以STM32F103微控制器为核心的电热恒温箱测控系统的硬件设计和软件设计,并配合外围器件组成一个恒温箱测控系统。硬件方面采用了ST公司的STM32F103作为系统的主控芯片,温度测量系统采用单线式温度传感器DS18B20、将采集温度值通过LCD1602显示器显示、由键盘进行温度值设定、同时利用固态继电器构建开关功放调节加热器工作状态,并配置报警系统模块等能够同PC机进行串口通信,同时通过nRF24L01无线模块将测量值远距离传输至液晶显示屏1602显示，实现了对粮仓温度值的实时监控，解决了监控室离工作现场较远的问题。整个测控模块具有体积小、精度高、处理能力强等特点。软件方面使用ST公司官方提供的固件库进行底层驱动设计,实现串口、温度等驱动程序，实现本地或远程控制,以及安全报警等基本功能。关键词电热恒温箱，STM32F103芯片，温度控制BasedonSTM32F103RBT6electricheatofthemeasureandcontrolsystemintheconstanttemperatureboxdesignAbstractTemperatureisthemainaccusedintheindustrialcontroloneoftheparameters,inthefieldofindustrialcontrol,temperaturecontrolisusedwidely,controlprecisionwilldirectlyaffectthequalityofproductsandservice,researchanddesignofhighperformanceofthetemperaturecontrolsystemhasveryimportantsignificance.Inordertoensurethequalityofthedesignofconstanttemperature,lowenergyconsumption,highaccuracyoftemperaturecontrolfromthestart,themaincontrolpartisusedinthetemperaturemeasurementsystemwithARMSTM32F103seriesdesign.WhiletheSTM32ARMCortex-M3CPUkernel,itisthefirstsystemstructurebasedonARMv7-M32standardprocessors,withlowpowerconsumption,lessthenumberofgates,shortinterruptiondelay,lowcost,highprecisionoftemperatureadjustment.InordertorealizetheSTM32F103microcontrollerasthecoreoftheelectricthermostatcontrolsystemhardwaredesignandsoftwaredesign,andwithperipheraldevicescomposedofathermostatcontrolsystem.HardwareusingST'sSTM32F103systemasthemaincontrolchip,temperaturemeasurementsystemusingsinglelinetypetemperaturesensorDS18B20,willcollectthetemperaturevaluethroughtheLCD1602display,akeyboard,temperaturesettingandusingsolidstaterelayswitchpowerconstructionputregulatingheaterworkingstate,andtheconfigurationofalarmsystemmodulecanbethesameasthePCmachineserialcommunication,andthroughnRF24L01wirelessmoduleofmeasuredtransmissionto1602LCDdisplay,realizethegranarytemperaturereal-timemonitoring,solvesthecontrolroomfromtheworksitefartherproblems.Thecontrolmodulehastheadvantagesofsmallvolume,highprecision,strongprocessingabilityandothercharacteristics.ThesoftwareusingtheSTofficialfirmwarelibrarydriverdesign,serial,temperatureandotherdriver,toachievelocalorremotecontrol,andsecurityalarmandotherbasicfunctions.Keywordselectricheatingconstanttemperaturebox,STM32F103chip,temperaturecontrol1绪论 11.1选题背景 11.2课题的提出及研究的意义 11.3本文的设计思路及预期结果 21.3.1本文设计思路 21.3.2预期结果 32粮仓温度监测系统总体方案设计 42.1系统功能的定义和描述 42.2硬件电路的设计 42.3系统主要单元的选择与论证 52.3.1主控芯片的选择与论证 52.3.2温度传感器的选取 62.3.3液晶显示器的选取与论证 72.3.4无线传输模块的选取 72.4各硬件电路模块的设计及I/O口说明 82.4.2液晶显示器LCD1602的设计 92.4.3nRF24L01无线收发模块的设计 102.4.5按键的设计 112.4.6蜂鸣器报警电路的设计 122.5测控工作总说明 132.6电路原理图及PCB板的设计 132.6.1微控制器电路 132.6.2PCB板设计 143控制模块软件设计与接口配置 163.1软件设计 163.1.1编译工具 163.1.2库函数 163.1.3应用程序编写 163.2功能模块软件设计及工作情况 173.2.1LED灯软件设计 173.2.2温度传感器DS18B20的使用 183.2.3液晶显示LCD1602 203.2.4EEPROM存储器 223.2.5无线收发模块的设计 223.2.6键盘模块软件设计 244系统调试及设计分析 274.1软件硬件调试 274.1.1调试步骤 284.1.2系统测试结果 28结论 30致谢 32参考文献 33附录 341绪论1.1选题背景随着时代的进步和发展，自动化监测已经成为了人们的追求目标之一，自动化监测技术应经普及到我们的生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。温室、粮库等恒温场所对于自动化的要求也越来越高，对室内温度的测量和设备的控制操作要用自动控制系统来完成。我国是一个人口众多的大国，科学储粮是保证人们的粮食供应，促进社会安定的大事，粮仓温度的检测在科学储粮中占有重要地位。在大多数粮食存储企业，目前仍主要靠人工检测粮仓温度。由于粮库占地面积大，粮仓分散，仓内温度测试点多，因而人工检测工作量大，效率低，检测周期长，容易漏检，而且测量器件损坏率高，测试精度难以保证。控温储粮是使粮食在储藏期间保持一定的温度水平，达到安全的储藏目的。控温储粮能保持粮食较好的品质，是目前比较安全，经济，绿色的储粮技术，已成为科学储粮技术发展的新方向。低温储粮使粮食品质提高，温度对微生物、细菌的繁殖也有很大的影响，大多数菌种生长繁殖的温度范围是28℃~30℃，温度低于15℃当粮库温度在20℃~35℃，相对湿度≥85%时，粮食就容易发生霉变，当温度较高，空气中相对湿度较低时，霉菌也能依附在生物表面繁殖生长。分析表明，我国江南5~9月有利于发生霉变的频率为34%，即夏季约有三分之一的时间，其温、湿度及空气中的水汽含量搭配得当，易导致粮仓内大部分仓储物品霉变，尤其在7、8俩月，温度条件有利于物品发生霉变的频率达60%以上，而在其他时段均在20%以下。储粮害虫一般适湿度在70％~75%，如果粮堆内的空气相对湿度保持在1.2课题的提出及研究的意义粮食的安全存储是关系到国民生计的战略太事，科学保粮具有重要的社会意义与经济价值粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温度变化。国家为粮食储臧每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进。在理论研究和实地考察实验的基础上，进行了粮食仓库温度实时在线巡回监测与控制系统的设计和研制。温度的检测与控制防止粮食霉变有着重要的意义，讨论粮堆温度变化的主要原因以及粮食仓库中温度的允许变化范围。探讨在线测量，计算和控制粮食仓库温度的原理和方法，基本消灭了粮食霉变事故，同时也节省了大量人力和物力，减轻了粮仓管理的工作强度，提高了粮库管理效率，使粮食管理得到了安争可靠的保障。每到粮食收获季节各粮仓的粮食收购及粮情检测工作压力巨大，如何进行粮食的现代化管理也是每一个储库点的重中之重，若管理不当，粮食发霉或生虫会造成极大浪费。粮仓管理中最重要的问题是监测粮堆中的温度变化。国家为粮食储藏每年支付很高的费用，主要是因为监测设备成本较高，管理方式不够先进，于是温度智能监控系统的研究与应用也日益迫切。粮食温度是能否保证粮食安全储存的重要指标之一，只有及时，准确地测得粮堆各层面的粮温数据，井根据检测的温度数据对粮食储存情况进行分析．作出决策，采取措施，最大限度的减少粮食在储存过秤中的损失。正目前，粮库中的温度检测，基本上是人工检测，劳动强度大，繁琐，由于检测报警不及时，造成库储粮食损失的现象时有发生，于是，设计并研制性能价格比较高的粮库温度自动检测系统迫在眉睫。由于大型粮库分布广、储量大，粮库的管理和监测难度大．基于粮库粮情检测系统上的计算机管理软件的设计，由每个粮仓中配置的温度检测系统将粮情温度数据时时监控，并通过无线数据模块发送给远处的监控接收模块以便于起到实时监控，清晰直观地显示各仓内温度状况，由此对粮仓进行监视，管理人员在控制室就可以看到实时粮情数据，对粮借数据进行分析，实现粮仓管理自动化、智能化。1.3本文的设计思路及预期结果1.3.1本文设计思路充分考虑气候、环境因素对粮食存储的影响，并根据粮仓内粮食保持正常状态所需的温度以及针对现有系统结构复杂、温度检测精度不高、数据传输距离短、主控操作界面不直观进行了完善设计，设计出温度参考值预先存储于STM32F103RBT6主控芯片中，系统的数据采集部分是将温度传感器置于仓库内部，测出仓内的温度值，经过放大、A/D转换为数字量之后送入STM32F103RBT6微控制器中，然后通过液晶显示器LCD1602显示，主控芯片将预设的参考值与测量值进行比较，根据比较结果作出判断，经过程序分析处理发送相应指令控制执行机构动作，进而控制干燥机、可调和风机等设备，以此来调节仓内温度。如此循环不断，使温度值与设定值保持一致。当温度值超过允许的误差范围，系统将发出声光报警，如果有必要，仓管人员还可以根据实际的情况通过键盘或按钮来人工修改片内存储的预设值。通过对整个系统的核心控制芯片部分的设计，达到优化控制温度的目标。1.3.2预期结果根据设计方案及思路，预测出现的设计结果，设计出一款简洁实用、精确稳定、使用直观、维修方便的恒温箱控制系统，系统完好的设计完后，连接所有的硬件设备，运行相应的软件设备放在某个采集点的温度传感器会感应测出相应的模拟温度值，经过放大器的放大再经过A/D转换器，转换成STM32F103RBT6微控制器可以识别的数字信号，信号编译连接传到液晶显示器LCD1602可以看到相应的结果。且当设定值超过温度范围时将通过蜂鸣器报警，同时开启无线收发模块以便远程实时监控粮仓温度变化情况。当温度值没有超过额定的温度范围，测控系统接收下一次的温度采集值。2粮