基于STM32的温度检测设计与实现

电子电路设计与方案
基于STM32的温度检测设计与实现
作者/乌云，西南民族大学电气信息工程学院
摘要：本论文设计并实现了一个基于STM32的智能温度检测系统，首先通过对实时性、准确性、经济性和可扩展性等四个方向的分析比较 之后，选择了STM32F101C8微控制器作为主控芯片和DS18B20温度传感器来实现对温度数据进行采集；然后详细介绍了各个模块的工作 原理和硬件电路设计思路，设置了异常自动报警电路，实现了温度数据实时准确的测量，并在TFT液晶屏上进行实时的图片及文字显示。

关键词：温度采集；STM32F101C8; TFT液晶屏
刖目
环境温度在现代生活生产中起着重要的作用，而监测是 控制的前提，因此要控制温度，温度的实时监测就尤为重要。

生活生产中需要测量的有：粮仓、弹药库中的温度；蔬菜大 棚中的土壤和室温的温度；冶金工业中温度等。

所有的需要 对常温进行检测的场合对于本文介绍的温度检测报警系统都 是适用的。

本系统即能检测当前环境中的温度，还能在液晶 屏上画出曲线图，方便需要观测温度者清楚的掌控当前环境 温度的走势，如果环境温度超过一定界限，还会发出警报。

1.方案论述
■ 1.1单片机型号选择
为了能选出合适的单片机，设计就要考虑它的系统参数 这些方面。

在本次设计中，设计需要考虑的因素是信号的 传输和处理，所以使用低端的单片机就能很好的完成要求，而且价廉物美。

STM32芯片可选范围是非常非常广的，由于STM32的功能强大，成本低，因此非常热销，各种型号 的芯片都能提供给用户选择，经过认真论证，本设计只需要 能实现非常简单的功能，于是选择了比较简单，成本低的 STM32F101系列，又由于只需要大概30个10 口即能实现 功能，于是选择了 STM32F101C8做主芯片。

■ 1.2其他相关器件选择
在设计中还需要的其他元器件，如TFT液晶屏，电压 转换芯片，温度传感器，LED报警电路等。

其中TFT液 晶屏参考了开发板的设计思路，用了液晶屏的模块，希望 能更好更稳定的完成温度的显示；而电压转换芯片，由于 STM32的电压供电是3.3V，所以选择使用LMS1117这款 电压转换芯片，这款芯片的特性在于输入电压可以不是一定 的，就是说输入5~12V的电压都是可以稳定输出3.3V电压 的，于是就可以保证输入电压不稳定的情况下STM32的正 常工作；至于温度传感器的问题，选用了 DS18B20,虽然 有温度采集不够精确的问题，但是完全够用了；使用LED 灯进行报警，之所以选择LED报警，而不是蜂鸣器之类的，是由于本系统是检测环境温度，而不是火灾、生产等重要 场合。

■ 1.3方案选择
设计基于STM32的温度采集系统，对于温度采集后的 数据处理有以下几种方案的选择：
方案一：设计专门的电路采集温度，通过有线或者无线 的方式将温度传输至单片机处理。

这样能最大程度的消除单 片机工作对温度的影响，不管把温度采集电路放在哪儿都能 采集到准确的温度，缺点是成本比较高，而且温度数据经过 太长的无线有线连接可能或出现错误。

方案二：将采集温度的传感器集成至主板上，直接在电 路板上走线将温度数据传输至单片机处理。

优点是能大幅节 约成本，避免了温度数据在传输过程中的错误。

缺点是电路 板上其他元器件工作可能会发热影响测量准确度。

经过比较，方案二是可行性方案，因为可以采用硬件设 计的方式，有效避免其他元器件对温度传感器的影响，将温 度传感器放在最边缘的地方就能避免，而且方案二成本低。

2.设计主要研究内容
■ 2.1研究思路
本次设计的目的是实现温度采集，将DS18B20采集到 的温度数据通过STM32进行处理，并使用TFT液晶屏进行 实时显示，并画出当前温度的走势图，使用LED灯进行报警。

在硬件设计方面，包括主芯片STM32F101C8、TFT液 晶模块、温度采集DS18B20、JTAG/SW程序下载借口、LED报警电路、电源转换电路等。

系统原理图如图1所示。

■ 2.2 STM32F101系列单片机介绍
STM32系列32位闪存微控制器基于突破性的ARMCortex-M3内核，这是一款专为嵌入式应用而开发的内核。

STM32系列产品得益于Cortex-M3在架构上进行的多项改进，包括提升性能的同时又提高了代码密度的 Thumb-2指令集，大幅度提高的中断响应，而且所有新功 能都同时具有业界最优的功耗水平。

目前S T是第一个推出 基于这个内核的主要微控制器厂商。

STM32系列产品的目 的是为MCU用户提供新的自由度。

它提供了一个完整的32 位产品系列，在结合了高性能、低功耗和低电压特性的同时 保持了高度的集成性能和简易的开发特性。

16 I电子制作2(U7年7月
电子电路设计与方案
T MISO 1H N
WR/CLK
RST [
DB2 DB3
DB4 DB5
DB6 DB7
DB8 DB10
DB11 DB12
DB13 DB14
DB15 DB16
DB17 GND
BL VDD3.3
VDD3.3 GND
GND BL_VDD
MISO M<
C6jj 104T
C8II 104 I
^ VOUT
A
P l l l l l l l c
C9___
I22p F
~~丨丨22p F
|D O
VBAT
PC13/TAMPER/RTC
PC14/OSC32_IN
PCI5/0SC32_0UT
PDO/OSC_IN_
PD1/0SC:0UT
NRST 一
VDDA
PA0/WKUP/USART2_(
PA1/USART2_RTS
VDDJ
VSS—2
PA13/JTMS/SWDf〇
PA12/USART1一R.
PAH/USART1:C_
PA10/USART1J
PA?/USART1J
p a s/u s a r t C c k
PB15
PB14/USART3_RTS
PB13/USART3ICTS
PB12/USART3_CK
S T M32F I01C x
J T V1S s\\1)10
< C C< < a
J I C K S W C I K
-'
= =C14
^ ,K LED2
图1系统原理图
■ 2.3 TFT-L C D液晶显示屏介绍
本设计采用的是常用的TFT液晶屏来进行输出信息的 显示。

这种显示屏可分为背部带光或者不带光，这对在设计 应用中并没有很大的影响。

TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶 体管型液晶显示屏，也就是“真彩”（TFT)。

TFT液晶为 每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉 冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色 阶，所以TFT液晶的色彩更真。

■ 2.4电源转换电路
本部分将介绍电源转换模块，且对各模块的引脚及性能 做以简单的说明，为之后的工作原理阐述起到辅助作用。

LMS1117电源转换芯片是输入不固定，输入电压范围 为5〜15V，输出固定3.3V，精度1%，所以非常的稳定。

工 作温度为-40°C〜125°C，内部集成过热保护和限流电路，适用于STM32供电。

■ 2.5 DS18B20温度传感器
本设计只针对简单的温度采集，因此选择通用的DS18B20温度传感器，该器件采用单总线通信方式，硬件 电路简单，简化系统布局空间，降低设计成本。

温度传感器 DS18B20的外围电路如图2所示。

3.结论
本文阐述了基于STM32的温度检测系统各个部分的设 计思路，对系统在实际应用中采集到的数据进行了处理，分 析了误差产生的原因。

在保证测量效果的基础上，本系统设 计中充分考虑到性价比和再次开发周期性等，具有成本低、设计开发方便、通用性强等特点。

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参考文献
氺[1]刘鸣，蒋新颖，姚雪峰.基于DS18B20多点温度采集和无线 传输[J].电子元件与材料，2005,24⑵54-57.
*[2]王翠茹，于祥兵，王成福.基于ZigBee技术的温度采集传输 系统[J].仪表技术与传感器，2008(7):103-105.
氺[3]张逢雪，王香婷，王通生，等.基于STM32单片机的无线智 能家居控制系统[J].自动化技术与应用，2011，30(8):98-101.
氺[4]隋宗强.基于STM32单片机的EMS液晶显示触摸屏设计[D].
青岛大学，2012.
氺[5]郝雯，沈金鑫，梅成.基于STM32单片机的存储式数据采集 系统设计[J].电子设计工程，2013,21(17):80-82.
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