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基于STM32的温湿度检测和传输41


湖 北 工 业 大 学
毕 业 设 计(论文)
题 学 专 目:基于 Cortex-M3 的数据采集系统研究 院: 业: 电气工程与电子工程 自 孙 权 动 化 军 轶

学生姓名: 指导教师: 日 期:

2014 年 4 月

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毕业设计(论文)专用纸
基于 STM32 的数据采集系统研究
摘 要
随着嵌入式技术的发展,单片机技术进入了一个新的台阶,目前除最早的 51 单片机 现在有了 STM32 系列单片机以 ARM 的各系列单片机,而本次毕业设计我采用 STM32 单片机 来完成,目的是实现温湿度的采集和传输,温湿度的采集是作为自动化学科中一个必须掌 握的检测的技术,也是一项比较实用的技术。 数据采集是获取信号对象信息的过程。本文设计了一个基于 ARM Cortex-M3 处理器的 数据采集系统,利用内置的丰富的外设资源,实现多路模拟输入电压信号的连续采集和顺 序转换,通过 RS232 串行通信将转换结果在 PC 接收端显示,并产生 PWM 方波信号,实现 对现场温度信号的实时监测。本次设计目的是提供方法进行可行性研究。 关键词:嵌入式技术;电路设计;STM32;sht10 温湿度采集;程序设计

abstract

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引 言 我的毕业设计做的是温湿度数据的采集和传输。温湿度的采集的用途是非常的广泛的, 比如说化工业中做酶的发酵,必须时刻了解所发酵酶的温湿度才可以得到所需酶。文物的 保护同样也离不开温、湿度的采集,在博物馆和档案馆中,空气湿度和和空气质量条件的 优劣,是藏品保存关键,所以温湿度的检测对其也是具有重要意义的。最后就是大型机房 的温湿度的采集,国家对此有严格标准规定温湿度的范围,超出此范围会影响服务器或系 统的正常工作等等。所以温湿度的检测是目前被广泛运用。 此次设计的芯片采用的是 STM32, 由于 STM32 系列基于专为要求高性能、 低成本、 低功耗的嵌入式应用专门设计的 ARM Cortex-M3 内核 , 增强型系列时钟频率达到 72MHz ,是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为 36MHz ,以 16 位产品的 价格得到比 16 位产品大幅提升的性能,是 16 位产品用户的最佳选择。两个系列都内 置 32K 到 128K 的闪存,不同的是 SRAM 的最大容量和外设接口的组合。时钟频率 72MHz 时,从闪存执行代码, STM32 功耗 36 mA ,是 32 位市场上功耗最低的产品。 同时在编程方面 STM32 也具有和其他单片机的优势之处, 如 51 单片机必须从最底层 开始编程,而 STM32 所有的初始化和一些驱动的程序都是以模板的形式提供给开发 者, 在此开发者只需要了些其他的模块功能和工作方式和少量的语法知识便可以进行 编程, 此优势不但节约了时间, 也为 STM32 的发展做出了强有力的铺垫, 而且 STM32 目前是刚刚被作为主流开发的单片机,所以其前景是无可估量的,这次毕业设 计也是 看好了其优越的发展趋势来选择的。 LCD1602 的使用,这里使用 1602 的目的是为了可以得到实时的温湿度的数据, 即为了在温湿度模块程序编写完成后烧入芯片可知其工作状态也可以作为一个读书 的路径来使用。 之后是上下位机之间的数据接收,由于自动化本来就是为了实现自动控制,虽 然此次设计只做了单方面的数据采集, 但是这里连接上位机的目的就是使将来对此数 据进行一个可控的操作返回至下位机对现场温湿度进行控制, 在这里只是作为一种设 想,在此次设计中未得实现。

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1 芯片模块
1.1 STM32 介绍
1.1.1 ARM 公司的高性能” Cortex-M3 ”内核 1.25 DMips/MHz, 而 ARM7TDMI 只有 0.95 DMips/MHz 1.1.2 一流的外设 1μs 的双 12 位 ADC , 4 兆位 / 秒的 UART , 18 兆位 / 秒的 SPI, 18MHz 的 I/O 翻 转速度 1.1.3 低功耗 在 72MHz 时消耗 36mA( 所有外设处于工作状态 ),待机时下降到 2μA 1.1.4 最大的集成度 复位电路、低电压检测、调压器、精确的 RC 振荡器等 1.1.5 简单的结构和易用的工具 1.1.6 STM32F10x 重要参数: 2V-3.6V 供电 容忍 5V 的 I/O 管脚 优异的安全时钟模式 带唤醒功能的低功耗模式 内部 RC 振荡器 内嵌复位电路 工作温度范围: -40 至 +85 或 105 1.1.7 STM32F101 性能特点 36MHz CPU 多达 16K 字节 SRAM 1x12 位 ADC 温度传感器

1.1.8 STM32F103 性能特点

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72MHz CPU 多达 20K 字节 SRAM 2x12 位 ADC 温度传感 PWM 定时器 CAN USB

1.2

STM32 芯片选型
1.2.1 选型原则 首先 STM32 芯片拥有很多种型号不同的型号的管脚数量或管脚功能分布是不

同,我们在选择的时候必须本着节约够用的原则(设计不必用好),管脚的分配容易 适应所需模块。

1.2.2 所选型号 STM32C8t6 或 STM32C8t7 这两块芯片功能相同且均为 48 脚芯片出去两对供电口 和两对板内供电和地剩余 40 脚这里分配的是温湿度采集模块占用个 2 脚,CC1020 模 块占用 7 个脚,1602 占用 13 脚,按钮电路占用 4 脚、JATG 电路占用 5 个脚、MAX232 电路占用 4 个脚芯片管脚如下图所示。

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1.2.3 选用转接板 由于在本次设计是第一次设计 PCB 板,可能会存在无法避免的错误,为了节约 时间和减少开销则选用一块核心板来直插功能板,此转接板型为清风板资料如下: 一、功能列表( V0.9 ) 采用 STM32F101C8 ,但封装采用 LQFP48, 根据需要可以焊接 STM32F103 1、芯片资源: 1) 64KFLASH 2) 10k ram 3) 通用定时器 3 个

4 ) 2 路 SPI 5) 2 路 I2C 6) 3 路 USART 7) 12 位同步 ADC10 通道 8) GPIO37 9) CPU 频率 36MHz 10)工作电压 2.0--3.6V
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11)封装 LQFP48 2、板子功能 1)流水灯,两路,分别使用 PA0 和 PA1 2)电源指示灯 3)上电复位电路 4) 按键复位电路 5) BOOT0 和 BOOT1 跳线设置 6) VDDA/VSSA 和 VDD/VSS 分离,可跳线短接 7)外接 8M 晶振和 32768 晶振 8)所有 IO 通过排针外连,方便扩展和使用 9)内置 10Kram ,我想跑个小型的 OS 应该没有问题,这里定时器应该会用到。 10)核心板可直接用于目标板。 二、 QFHXB 原理图和 PCB 图

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