《基于PT100互联网温控系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PT100互联网温控系统设计（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要随着网络的高速发展，各种设备的智能化越来越明显。通过TCP网络通信，可以实现PT100温控系统的智能化。在该温控系统中，PC机应用程序端通过网络来实现对温控系统温度信息的提取和控制。系统使用STM32F3作为主控芯片，以MAX485芯片作为RS485串口通信硬件载体，以ENC28J60作为以太网通信控制芯片,使用开源的uIP作为TCP/IP软件协议栈,使用TC35双频的GSM模块作为应急通信方式,以发送短信的形式将系统当前信息告知用户。本系统基本实现了温度的检测，RS485通信，TCP通信，GSM应急功能。若同时采用GPRS模块，便能实现无线网络通信。关键词：PT100，RS485，网络
2、TCP，GSM目 录 摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 引言11.2 设计的目的和意义11.3系统相关硬件简介11.3.1 PT100的简介11.3.2 系统相关其它重要芯片简介21.4 系统相关开发软件简介31.4.1 Keil软件的相关简介31.4.2 Visual C+6.0软件的相关简介41.5 本设计主要内容和涉及技术简介4第2章 系统要求及硬件组成62.1 设计要求62.1.1 功能要求62.1.2 成本要求62.2 系统硬件组成62.2.1 温度采集部分62.2.2 模数转换部分72.2.3 RS485通信部分82.2.4 TCP通信部分82.2.5 GSM通信部
3、分92.3 软件部分102.3.1温度转换部分102.3.2 RS485通信部分112.3.3 TCP通信部分122.3.4 GSM通信部分132.3.5上位机PC端应用控制软件部分13第3章 系统测试143.1 系统下位机测试143.1.1系统下位机硬件测试143.1.2系统下位机软件测试143.2 系统PC端软件测试163.3 系统整体测试18结 论20参考文献21附录 系统核心程序22致 谢46第1章 绪论1.1 引言 随着科技的快速发展，人类对生活要求的提高，各种设备的智能化层出不穷。在日常生活中和工业应用领域对于温控系统的智能化要求也越来越高，越来越迫切。然而以往的温控系统通信功能单
4、一，甚至无通信能力，导致实时控制无法做到。在人类无法直接接触的环境中对温控系统的操作尤为困难，甚至无法实施。无法将过去的温度和控制信息实时记录下来，导致对历史数据无法进行再次调阅分析处理，不便于日后系统的相关参数调整和设置。随着PC机的普及和智能手机的普及，为温控系统的智能化控制提供了有利的条件。互联网的高速发展使温控系统网络通信变得可行，本温控系统的设计就是温控系统向智能化网络化发展的一个小缩影。1.2 设计的目的和意义传统的温控系统，需要人实时对其温度数据进行人工记录，需要人工干预实现温度的调控。在恶劣的环境下，人工对温控系统进行操作变得尤为困难，实时性也变得难以保证。为了达到温控的实时性
5、和有效性，解决无需人实时监控，融入通信能力到温控系统中变得尤为重要迫切。在互联网高速发展的今天，通过网络来实现通信和控制无疑是最好的选择，为了降低成本和兼容，本系统将RS485通信能力也作保留。该温控系统设计旨在实现小型嵌入式系统远程控制网络化，智能化。通过对温控系统的网络化，来体现其它系统实现网络化的一般方法。一般小型嵌入式系统的网络化、智能化的简单实现方案是本系统设计的根本出发点，也是最终目的。1.3系统相关硬件简介1.3.1 PT100的简介PT100是一种铂热电阻式传感器，采用对温度有良好感知的铂金属来作为制作材料。铂相比其它金属对温度的感知能力具有更高的灵敏度，相对于其它金属其可延伸
6、性和导电性要更好，而且其耐高酸高碱耐融，更重要是它的稳定性在温度相同条件下电阻值具有可重现性。PT100意味着此温度传感器在温度为摄氏0度时其电阻值是100，电阻变化率为0.3851/1。在实际应用中，需要在一稳定的温度中对其进行调零，采用可调精密电阻作为电桥平衡电阻，以达到预期的相对精度。由于金属固有的缺陷，事实上PT100的温度变化并不和电阻值成绝对的比例关系，而是呈略微抛物线关系，但是在一定的温度范围内它却是呈一定的比例关系，这点需要设计者在软件中进行自动调节。下面为铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算一般公式-200t0 Rt=R01+At+Bt+C(t-100)t (1)0t850
7、Rt=R0（1+At+Bt2） (2)Rt为t时的电阻值，R0为0时的阻值。公式中的A,B,系数为实验测定。这里给出标准的DIN IEC751系数：A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7、 C=-4.183E-12，在实际设计中需要对A、B值进行计算，针对相应的硬件环境进行有效设定，然后在软件中编写相关算法来实现由电阻到温度之间的转换。1.3.2 系统相关其它重要芯片简介STM32F103RC是ST公司一款CM3核的中端ARM7芯片。STM32F103RC是32位的Cortex-M3核微控制器，最高主频72MHz，256K内部Flash，和48K内部SRAM，具有5个通用异步串口通信
8、接口（USART），16位定时器，3个可配置的SPI/I2S标准协议接口，2个标准的I2C接口，1个USB2.0从设备接口，一个CAN2.0工业标准接口，3个12位的内部A/D转换，2个12位的内部D/A转换，以及1个SDIO接口2。之所以采用本款芯片，在于它的相关外围设备能够有效满足系统的需求，而且内部256K的Flash，和48K的SRAM正好能满足系统稳定运行的需求。相比于STM32F107和STM32F4系列的芯片来说，它也具有价格上的优势。同时STM32是基于最新的CM3核，相对于其它低中端微控制器，具有一定优势。ST公司针对STM32F3系列做了有效的开发指导，为用户提供了可供迅速
9、开发的相关固件库，同时提供相应的工程应用例子，让用户更容易入手使用，加快开发周期。而且在工控领域STM32具有一定的市场优势。所以本系统采用STM32F103RC作为主控芯片。串口通信使用RS485接口，相对于RS232接口，RS485采用差分传输方式，所以其可靠性和通信距离相比RS232可以更稳定更远。更重要的是RS485支持更多的节点，一般可达32个节点，最多可达400个节点，它们可以组成一个通信网络，这在多个温控系统共存的环境中是很有利的，可以减少通信线路。所以在这里采用RS485作为串口通信接口。本设计在加入网络通信条件下，之所以还保留RS485是为了解决在特殊情况 下，可以切换为RS
10、485接口来保证系统通信的真正稳定性、温控的有效性实时性。因此RS485通常情况下只作为一个备用的通信接口。以太网控制芯片采用ENC28J60，ENC28J60是一个具有SPI标准接口的以太网控制芯片，是IEEE 802.3兼容的控制器，集成的MAC，支持半双工和全双工通信方式，最高速度可达10M，具有内部的接收发送缓冲区，并且具有快速数据传输的内部DMA，支持硬件IP校验和计算，可编程填充和CRC校验，自动拒绝错误的数据包3。而采用此芯片的根本原因在于其拥有可便利操作的SPI接口，其引脚也相对其它以太网控制芯片而言较少，所以相对于其它网络芯片它需要的硬件资源更少，同时该芯片相对于其它网络芯片
11、，如DM9000，RTL8019,CP2200而言，它的相关外围电路更简单，在一般的小型嵌入式系统中采用此以太网控制芯片具有很多优势。本系统采用TCP协议进行网络通信，因为TCP是面向连接，这样能保证数据的可靠性，为了实现TCP协议，在软件设计中需要引入TCP/IP协议栈，常用的开源TCP/IP协议栈有lwIP和uIP，因为lwIP通常需要多线程来进行处理，需要引入操作系统，这样系统的开发周期就会加长，同时实时性可能会有所降低，系统的稳定性也比较难处理。在本系统中采用uIP，它是一个比lwIP更轻量级的TCP/IP协议栈，不需要操作系统支持，所以它需要的RAM更少，它的大多操作都采用宏操作，采
12、用纯C语言编写具有良好可移植性，在8位，16位微控制器上也能稳定运行。uIP最新开源版本为uIP1.0，在这里使用最新版本。为提高系统的功能，尤其在物联网发展快速的今天，同时为扩展本系统的使用领域，特融入GSM模块，在这里GSM模块采用是Siemens公司的TC35模块，TC35是一款双频段的GSM模块，拥有精简的AT指令集和特殊的扩展AT命令集。同时该模块的稳定性相对较好，性价比也很高。在本系统中预留了此模块，用来实现应急通信，在实际应用中可以进行裁剪。1.4 系统相关开发软件简介1.4.1 Keil软件的相关简介Keil是一家软件开发工具的独立供应商，最初由两家私人公司联合运行，分别是德国
13、慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美国德克斯萨的Keil Software Inc组成。2005年Keil被ARM公司收购。Keil软件到今天最新版本为Keil uVersion4，从最开始的Keil C51，到Keil uVersion2，Keil uVersion3 ，从Keil uVersion3开始Keil软件支持ARM核微处理器的软件集成开发。在这里采用最新的Keil uVersion4版本来编写本系统的软件。Keil被ARM收购后，其对ARM核芯片的开发环境支持，相对其它开发环境而言更便利。Keil uVersion4对Cortex-M3核的提供了最好的开发环境支持
14、，对Cortex-M3的软件开发具有事半功倍的效果，它自动配置相关启动代码，和Flash烧写模块，以及强大的多种simulation设备模拟方案，让开发者的开发难度变少，同时系统的稳定性也可以得到极高保障。1.4.2 Visual C+6.0软件的相关简介Visual C+6.0是微软推出的Windows平台应用程序开发集成环境。在Windows桌面应用程序开发中，Visual C+6.0是一个便于操作和使用的开发平台。在开发Windows平台应用程序常用开发语言是C+，在这里也采用C+来开发本系统上位机应用程序。而在Windows桌面应用程序开发中，微软提供了可供开发人员快速开发应用的一个C
15、+集成类，就是MFC微软基础类库。通过使用MFC来开发本应用程序，可以快速开发周期，也能保证程序的稳定性，本系统的上位机应用控制软件就是使用MFC类库来开发的。1.5 本设计主要内容和涉及技术简介作为一个温控系统，首先最重要的是实现温度的采集，本系统使用PT100作为温度传感器，是因为它适用范围广，可测量的范围相对于数字温度传感器要广的多，而且对强酸强碱的环境都能很好的适用。在温度采集阶段主要解决的就是调零，保证PT100在0摄氏度时它的电阻值是100，在PT100调零时，为达到电桥平衡，最简单的办法就是将PT100放在冰水中，然后调整电桥的微调电阻，以达到电桥的平衡。微控制器能直接处理的只有数字信
