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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目录：

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

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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。

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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。

3

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。

4

三、程序流程图 对应警告灯亮 是 判断当前温度 是否超过设定范围 开始 各模块初始化 设定温度 显示当前 时间温度 计时一秒

否 警告灯全灭 5

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 \#include \#include \

#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;

6

__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) { }

void LED_GPIO_Config() {

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // GPIO_InitStructure.GPIO_Pin

=

u32 i=0;

for(;i

使能PD端口时钟

GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11; //LED0-->PD.8端口配置 }

void SysTick_Init() {

if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000))

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 速度 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化 输出 50MHz GPIOB.5

7

}

{ }

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

while(1);

void Delay_ms(__IO u32 nTime) { }

void RCC_Config(void)//配置时钟 { }

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 ***/

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);//DMA RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1

| |

TimingDelay=nTime;

SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//打开 while(TimingDelay != 0);

RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);//ADC1 and GPIOC RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//USART

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

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}

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 速度 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化

/***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);

输出 50MHz GPIOB.5

void DMA_Config(void) {

/* DMA channel1 configuration */ DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; DMA_DeInit(DMA1_Channel1);

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr

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

= =

/*ADC??*/

(u32)&ADC_ConvertedValue;

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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,

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);

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=

=

1, }

void USART1_Config(void) {

USART_InitTypeDef USART_InitStructure; USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl USART_InitStructure.USART_Mode

=

USART_Mode_Rx

= |

USART_HardwareFlowControl_None; USART_Mode_Tx;

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

//发送使能

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

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) { }

USART_Cmd(USART1,ENABLE);

//启动串口

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}

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

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

printf(\请输入有效数字 0 到 9 -->: \index--;

index = (tmp[1] - 0x30) + ((tmp[0] - 0x30) * 10); /* Checks */ if (index > value) { }

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(\设定温度范围\ printf(\输入温度上限: \

while (Tmp_up == 0xFF) { }

printf(\温度上限为 %0.2d C\\n\\r%upper_bound = Tmp_up;

Tmp_up = USART_Scanf(99);

printf(\请输入有效数字 0 到 %d\return 0xFF;

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

printf(\输入温度下限: \

while (Tmp_low == 0xFF) { }

printf(\温度下限为 %0.2d C\\n\\r\

lower_bound = Tmp_low;

Tmp_HH = 0xFF;

printf(\设定小时: \

while (Tmp_HH == 0xFF) {

Tmp_HH = USART_Scanf(23); }

printf(\设定小时为 %d\\n\\r\

tm->tm_hour= Tmp_HH;

Tmp_MI = 0xFF;

printf(\设定分钟: \

while (Tmp_MI == 0xFF)

printf(\设定时间 \

Tmp_low = USART_Scanf(99);

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{

Tmp_MI = USART_Scanf(59); }

printf(\设定分钟为 %d\\n\\r\

tm->tm_min= Tmp_MI;

Tmp_SS = 0xFF;

printf(\设定秒: \

while (Tmp_SS == 0xFF) {

Tmp_SS = USART_Scanf(59); }

printf(\设定秒为 %d\\n\\r\

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

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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;

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}

}

printf(\当前时间： %d :%d :%d \\r\\n\

printf(\当前温度： d C 温度上限：d C 温度下GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11); { }

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

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);} { }

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);

GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8);

限：d C \\r\\n\

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

Delay_ms(1000);

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stm32f10x_it.c文件：

/*

------------------------------------------------------------------*/ #include \

/* Private functions

---------------------------------------------------------*/ void display(void) { }

Includes

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

else if(ad_data>ad_value_max) { }

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;

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ad_value_min=ad_data;

ad_value_max=ad_data;

ad_value_min=0; ad_value_max=0;

}

}

void SysTick_Handler(void) { TimingDelay--;

ADC_tempValueLocal = ADC_ConvertedValue; //printf(\

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(\

The

current

temperature

=

d

calculated_temp);

}

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C\\r\\n\

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。

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由于之前没有完整开发一个有较多功能系统的经历，在本次做课程设计的过程中，走了不少的弯路，也学到很多课本上没有的知识。使用库开发Stm32时，非常注重模块化的概念，不光是很多片上资源使用库文件来进行封装，自己在编写一些函数时也应该学会进行封装，其中又涉及到c语言很多之前没太注意到的地方，在开发过程中着实让我吃了不少苦头，不过幸运的是同学的指导下，我一点点解决了那些疑惑的地方，更加深入了理解了一个工程的整体结构，对模块化的思想印象深刻。这对我以后的开发将起到巨大的作用。 总之，本次的嵌入式课程设计让我收获了很多，不仅仅学习到了很多课本和课堂上学不到的东西，更重要的是学习到了库开发的思想，以及体会到了交流的重要性，同时也感谢老师这一学期来的认真授课，严谨的答疑解惑，让我认识到理论知识对开发潜移默化的作用。

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由于之前没有完整开发一个有较多功能系统的经历，在本次做课程设计的过程中，走了不少的弯路，也学到很多课本上没有的知识。使用库开发Stm32时，非常注重模块化的概念，不光是很多片上资源使用库文件来进行封装，自己在编写一些函数时也应该学会进行封装，其中又涉及到c语言很多之前没太注意到的地方，在开发过程中着实让我吃了不少苦头，不过幸运的是同学的指导下，我一点点解决了那些疑惑的地方，更加深入了理解了一个工程的整体结构，对模块化的思想印象深刻。这对我以后的开发将起到巨大的作用。 总之，本次的嵌入式课程设计让我收获了很多，不仅仅学习到了很多课本和课堂上学不到的东西，更重要的是学习到了库开发的思想，以及体会到了交流的重要性，同时也感谢老师这一学期来的认真授课，严谨的答疑解惑，让我认识到理论知识对开发潜移默化的作用。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ioc6.html