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1、德德州州学学院院 物物理理与与电电子子信信息息学学院院 2 20 01 16 6 届届 物物联联网网方方向向 毕毕业业设设计计1基于基于 STM32STM32 的温度测量系统的温度测量系统梁栋(德州学院物理与电子信息学院，山东德州)摘 要：温度是日常生活和农业生产中的一个重要参数，传统的温度计有反应缓慢，测量精度不高的和读数不方便等缺点，此外，通常需要人工去观测温度，比较繁琐，因而采用电子技术的温度测量就显得很有意义了。 面对电子信息技术的进步，生成了各种形式的温度测量系统。本文设计了一个基于以 STM32 为核心的温度测量与无线传送的系统，温度信息采集使用数字化温度传感器 DS18B20，无
2、线传输使用 ATK-HC05 蓝牙模块的智能测温系统。 关键词 STM32； DS18B20； TFTLCD； 智能测温系统1 绪论在现代社会的生产生活中，人们对于产品的精度要求越来越高，而温度是人们在生产生活中十分关注的参数，因此，对温度的测量以及监控就显得十分重要。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度的偏差进而引发事故。如化工业中做酶的发酵，必须时刻了解所发酵酶的温度才可以得到所需酶；文物的保护同样也离不开温度的采集，不仅在考古文物的出土时间上，还是在档案馆和纪念馆中，温度的控制也是藏品保存关键，所以温度的检测对其也是具有重要意义的；另外大型机房的温度的采集，超出此范围会影响服务
3、器或系统的正常工作等等。传统方式监控温度往往很耗费人力，而且实时性差。本文就设计了一个基于 STM32 的温度测量系统，在测量温度的同时能实现无线传输与控制。 STM32RBT6 具有较低的价格、较高的测量精度、便捷的操作，同时在编程方面STM32 也具有和其他单片机的优势之处，如 51 要求从基层编程，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
4、毕业设计也是看好了其优越的发展趋势来选择的。 无线传输采用蓝牙技术，将采集的温度传输至终端，以此实现远程监控。利用“蓝牙”技术，能够在 10 米的半径范围内实现单点对多点的无线数据传输，其数据传输带宽可达 1Mbps。综合考虑，在设计硬件时选择的软件是 Altium Designer，该软件集成了电德德州州学学院院 物物理理与与电电子子信信息息学学院院 2 20 01 16 6 届届 物物联联网网方方向向 毕毕业业设设计计2路仿真、原理图设计、信号完整性设计、分析等诸多功能，使用起来很方便。通过原理图的绘制，对整体的结构有了更深一步的了解。 借助 RealView MDK 完成软件部分的设计，
5、它包括 RealView 编译器、Keil Vision3 开发环境，可以使用 Cortex-M3 核处理器，代码实现自动配置、自动启动，配有 Flash 烧写模块，Simulation 设备模拟功能极其强大，可以针对软件实现仿真。在仿真过程中，能够对和硬件有关的寄存器进行查看，通过观察这些寄存器，就能很容易的检查代码的功能是否符合设计要求，出现错误时也方便找出原因。通过 Jlink 连接处理器后，还能进行在线调试，就能实时跟踪程序在硬件上的执行状况，可以进行复位、执行到断点处、挂起、执行进去、执行过去、执行出去等丰富的操作，例如，单步执行程序，就可以看到每一行代码在硬件的所起的效果，这样更直
6、观，更方便对程序进行改进。这个功能在软件设计的过程中给予我极大的帮助，STM32的寄存器比较繁杂，使用时很容易遗漏某些部分，而在线调试就容易找出问题所在，从而进行纠正。 最后的成品较好的完成了预定的设计要求，能准确的显示温度数据，能与移动终端实现异步双工通信，达到传输温度和远程控制的目的。 通过本次设计，更加深入的理解了 stm32 的相关寄存器，并掌握其工作原理。更加深入的学习和应用一些工具软件，如 Altium Designer、RealView MDK，通过对这些软件的使用，也加深了对相关知识的理解。本次的毕业设计题目相关的知识包括：电路原理、数电、模电、单片机原理、c 语言、通信原理等
7、，有效的培养分析和解决实际问题的综合能力，得到更加全面的培养和锻炼，是对大学期间所学知识的一次综合性应用。2 系统分析本系统是基于 STM32 微控制器所设计的温度测量系统，通过温度芯片传感器DS18B20 测量温度，微控制器驱动液晶模块显示当前测得的温度，然后由蓝牙将温度信息发送至手机终端，同时接收终端反馈的控制信息。 整个系统模块分为四个模块：主芯片模块、DS18B20 温度模块、液晶显示、蓝牙模块。MCU 是 STM32 主芯片的最小板，上面有芯片工作需要的最少资源：时钟控制电路、JTAG 接口、复位电路以及与外围电路相连的接口。DS18B20 和液晶分别是温度测量、控制显示部分。而蓝牙
8、模块负责完成与移动终端的异步双工通信。2.1 STM32 芯片作为一种 ARM Cortex-M3 内核，STM32 系列是以嵌入式应用为设计基础，具有功耗德德州州学学院院 物物理理与与电电子子信信息息学学院院 2 20 01 16 6 届届 物物联联网网方方向向 毕毕业业设设计计3低、成本低、性能高的特点和优势。根据性能的不同，STM32 分为 STM32F103“增强型”、STM32F101“基本型”两个主要的系列。前者使用频率为 72MHz 的时钟，在同类产品中，该产品具有最高的性能；后者使用频率为 36MHz 的时钟，其价格与 16 位的产品相近，而其性能要比 16 位产品高的多，如果
9、用户选择 16 位产品，此款产品是不二之选。在两个系列中配备的闪存大小由 32-128K，只是在外设结构、SRAM 最大容量方面存在不同的组合。对于频率为 72MHz 的时钟，代码均在闪存中执行，市场上 32 位的产品系列中，STM32 具有最低的功耗，低至 36mA，即 0.5mA/MHz。 在 STM32 中，其内核 Cortex-M3 的性能非常高，为 1.25DMips/MHz；其外设也是非常先进的：ADC（双 12 位、1us）、SPI（18 兆位/秒）、较快的 I/O 翻转速度（18MHZ）、UART（4 兆位/秒）；工作在 72MHz 的时钟之下，其电流为 36mA，待机时低至
10、2uA。内核：Cortex-M3 CPU（32 位的 ARM），工作频率最高可达72MHz、1.25DMIPS/MHz，支持硬件除法、单周期乘法。存储器：集成的 Flash 存储器大小由 32-512KB，SRAM 存储器大小由 6-64KB。电源、复位、时钟管理：电源、接口驱动电压范围由 2.0-3.6V；可编程 PVD（电压探测器）、PDR、POR；晶振为 4-16MHz；内置校正过的 RC 振荡电路，频率为 8MHz；其内部 RC 振荡电路频率为 40KHz；PLL（提供 CPU 所用的时钟）；用于 RTC 的晶振，频率为 32kHz，带校准功能。低功耗：主要包括待机、停止、休眠等低功耗
11、模式，VBAT 用于备用寄存器、RTC的电源需要。调试模式：JTAG 接口、串行调试（SWD）。DMA：DMA 控制器共有通道 12 个，支持 USART、DAC、ADC、IIC、定时器等诸多外设。2 个 16 通道的 A/D 转换器，均为 us 级，位数为 12 位，A/D 可测量范围是 0-3.6 V，具有保持、双采样的功能，同时还配置了温度传感器（1 个）。 只有 STM32F103xC/D/E 才拥有 2 通道的 A/D 转换器，位数为 12 位，快速 I/O 端口的数量最高为 112 个，按照不同的型号，I/O 端口主要可分为 26、37、51、80、112 几种，任何一个端口映射到
12、的外部中断向量共有 16 个，除模拟输入外，还支持低于 5V 的输入。定时器的数量最多可以配置 11 个，其中 16 位定时器共有 4 个，一个定时器拥有的德德州州学学院院 物物理理与与电电子子信信息息学学院院 2 20 01 16 6 届届 物物联联网网方方向向 毕毕业业设设计计4脉冲计数器、PWM/OC/IC 共有 4 个；6 通道高级控制定时器共有 2 个，位数为 16 位，用于 PWM 输出的通道不能超过 6 个；看门狗定时器共有 2 个，分别是窗口、独立型；Systick 定时器是一种倒计数器，位数是 24 位；对 DAC 进行驱动的基本定时器共有 2 个，位数是 16 位。通信接口
13、最多不能超过 13 个，IIC 接口共有两个，分别是 PMBus、SMBus；USART接口共有 5 个，分别是调试控制、IrDA 兼容、ISO7816 接口、LIN；SPI 接口共有 3 个，速度为 18 Mbit/s，其中与 IIS 复用的共有两个；2.0B 的 CAN、SDIO 和 USB 2.0 全速接口。STM32F103xx 系列微控制器所使用的封装形式是 ECOPACK 封装。ARM Cortex-M3 内核集成了 SRAM、Flash 存储器。不同于 8/16 位设备，ARM Cortex-M3 使用的 RISC 处理器是 32 位的，处理代码的效率更高。STM32F103xx
14、 微控制器配置相应的嵌入式 ARM 核，为此，对于一切 ARM 工具、软件都可以实现兼容。内置的嵌入式 Flash 大小最高为 512KB，可以对数据、程序进行存储，SRAM 存储器大小最高至 63KB，在实施读写操作时可以按照 CPU 的时钟速度。STM32F103xC/D/E 中都嵌入了 FSMC，实现的片选共有 4 个，支持NAND、PSRAM、NOR、RAM、Flash 模式。通过 OR 后，3 个 FSMC 中断线可以和NVIC 相连。它不具有 FIFO 的读写功能，只有 PCCARD 是在内部执行，其余代码的执行都是依靠外部存储器，并且不支持 Boot 功能，目标频率可以高达 SY
15、SCLK/2，为此，如果系统使用 72MHz 时钟，那么读写时的频率为 36MHz。配备矢量中断控制器（NVIC），除 Cortex-M3 中 16 根中断线外，可以对其余最多43 个可屏蔽中断通道进行处理，在实施中断处理时具有更小的延迟，将中断入口向量表地址直接传送至内核，它所提供的内核结构可以实现中断提前处理，对于后到的中断，优先处理优先级更高的，可以实现尾链，对处理时的具体状态进行自动保存，在退出中断后，可以自动恢复中断入口，而无需任何指令。它的外部中断/事件控制器主要组成部分是边沿探测器线，主要产生中断/事件请求，共计 19 条。对于每一条线，可以对其实施单独屏蔽，在下降沿、上升沿等触
16、发事件的选择方面可以实现单独配置。为了使中断请求的状态得到维护，可以使用挂起的寄存器，相比内部 APB2 所对应的时钟周期，如果外部线上的脉冲周期更长，那么这种情况可以通过 EXTI 进行探测，GPIO 的数量最多 112 个，和外部中断线（共计 16 个）相连。德德州州学学院院 物物理理与与电电子子信信息息学学院院 2 20 01 16 6 届届 物物联联网网方方向向 毕毕业业设设计计5启动时需要选择系统时钟，在执行复位操作时，CPU 时钟使用内部晶振，频率为8MHz。通过监视 4-16MHz 的外部时钟判断成功与否，此过程中，在禁止控制器后，接着禁止软件中断管理。如果间接利用晶振未能获得成功，那么可以使用 PLL 时钟具有的中断管理。在对低速和高速 APB，即 AP
