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姓名：班级：学号：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。

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。

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。

三、程序流程图四、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.hmain文件：#include "stm32f10x.h"#include "stdarg.h"#include "stdio.h"#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;__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){u32 i=0;for(;i<count;i++);}void LED_GPIO_Config(){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // 使能PD端口时钟GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;//LED0-->PD.8端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 速度50MHzGPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOB.5}void SysTick_Init(){if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)){while(1);}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}void Delay_ms(__IO u32 nTime){TimingDelay=nTime;SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//打开while(TimingDelay != 0);}void RCC_Config(void)//配置时钟{RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);//DMA RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);//ADC1 and GPIOCRCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//USARTRCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // 使能PD端口时钟LED}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 ***/GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 速度50MHzGPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOB.5/***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);}void DMA_Config(void){/* DMA channel1 configuration */DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;DMA_DeInit(DMA1_Channel1);DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; /*ADC??*/DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue;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 =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, 1, 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);}void USART1_Config(void){USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_ART_BaudRate = 9600;USART_ART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_ART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_ART_Parity = USART_Parity_No ;USART_ART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_ART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);// USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE); //接收使能// USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE); //发送使能USART_Cmd(USART1,ENABLE); //启动串口}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) {}tmp[index++] = (USART_ReceiveData(USART1));if ((tmp[index - 1] < 0x30) || (tmp[index -1] > 0x39)){printf("\n\r请输入有效数字0 到9 -->: ");index--;}}index = (tmp[1] - 0x30) + ((tmp[0] - 0x30) * 10);/* Checks */if (index > value){printf("\n\r请输入有效数字0 到%d", value);return 0xFF;}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("\r\n 设定温度范围");printf("\r\n 输入温度上限: ");while (Tmp_up == 0xFF){Tmp_up = USART_Scanf(99);}printf("\n\r 温度上限为%0.2d C\n\r", Tmp_up);upper_bound = Tmp_up;//-------------------printf("\r\n 输入温度下限: ");while (Tmp_low == 0xFF){Tmp_low = USART_Scanf(99);}printf("\n\r 温度下限为%0.2d C\n\r", Tmp_low); lower_bound = Tmp_low;printf("\r\n 设定时间");Tmp_HH = 0xFF;printf("\r\n 设定小时: ");while (Tmp_HH == 0xFF){Tmp_HH = USART_Scanf(23);}printf("\n\r 设定小时为%d\n\r", Tmp_HH ); tm->tm_hour= Tmp_HH;Tmp_MI = 0xFF;printf("\r\n 设定分钟: ");while (Tmp_MI == 0xFF){Tmp_MI = USART_Scanf(59);}printf("\n\r 设定分钟为%d\n\r", Tmp_MI);tm->tm_min= Tmp_MI;Tmp_SS = 0xFF;printf("\r\n 设定秒: ");while (Tmp_SS == 0xFF){Tmp_SS = USART_Scanf(59);}printf("\n\r 设定秒为%d\n\r", Tmp_SS);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#endifSysTick_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;}}}printf("\r\n 当前时间：%d :%d :%d \r\n", hour,min,sec);printf("\r\n 当前温度：%02d C 温度上限：%02d C 温度下限：%02d C \r\n",Average_Temp,upper_bound,lower_bound);GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8);GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9);GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10);GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);if(((int)Current_Temp) > ((int)upper_bound)){GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8);}else if(((int)Current_Temp) < ((int)lower_bound)){GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);}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);}Delay_ms(1000);}}stm32f10x_it.c文件：/* Includes ------------------------------------------------------------------*/#include "stm32f10x_it.h"/* Private functions---------------------------------------------------------*/void display(void){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<ad_value_min){ad_value_min=ad_data;}else if(ad_data>ad_value_max){ad_value_max=ad_data;}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;ad_value_min=0;ad_value_max=0;}}void SysTick_Handler(void){TimingDelay--;ADC_tempValueLocal = ADC_ConvertedValue;//printf("\n %02d \n, ADC_ConvertedValue");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("\r\n The current temperature = %02d C\r\n", calculated_temp);}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。