基于 UC/OSII操作系統的溫度采集系統的設計

貴州大學電氣工程學院 黨長青 熊錦玲 陳湘萍

1.系統介紹

本系統是基于UCOSII操作系統的溫度采集系統，微控制器采用的是意法半導體(ST)公司推出的基于ARM CortexM3內核的STM32F103增強型系列STM32F103VC。傳感器使用的是具有負溫度系數的熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，通過AD采樣其電壓值，就可以算出對應的阻值，再查詢熱敏電阻的溫度——阻值系數表，就可以得出當前的溫度。該系統的顯示分為兩個部分，從機顯示和主機顯示，從機顯示采用的是一個2.8寸的TFT彩色液晶，調用液晶的顯示庫函數，只需要設定好函數的各項參數，也就是顯示的坐標和顯示內容，就可以在液晶屏上看到我們想看到的內容了。主機顯示即上位機顯示，用VC編寫顯示的界面。

2.功能模塊以及硬件電路介紹

2.1 微控制器

Stm32f103vc是一個基于cortex-M3的32位ARM7微控制器，并帶有64或128kB的嵌入式高速Flash存儲器，最高72MHz工作頻率，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHz。

由于內置了寬范圍的串行通信接口(3個USART、SPI和2個I2C)和20KB的片內SRAM，7通道DMA控制器，支持的外設有定時器、ADC、SPI、I2C和USART，使得Stm32f103vc也適合用在通信網關和協議轉換器中。3個16位定時器，每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數的通道和增量編碼器輸入。1個16位帶死區控制和緊急剎車，用于電機控制的PWM高級控制定時器。

2.2 傳感器

方案一：采用Pt10鉑電阻作為檢測溫度的傳感器，其原理是將溫度的變化反應到電阻的電壓的變化上，經過A/D轉換器將其轉換成數字量，與其溫度的變化相同。其優點是測量的范圍廣，缺點是成本高，輔助電路復雜，難維護。

方案二：采用半導體溫度傳感器DS18B20，DS18B20為可編程數字式溫度傳感器，將采集到的溫度轉換成二進制數保存在傳感器中，SCM可以通過對DS18B20的寄存器的訪問讀出寄存器的值，DS18B20內部有上下限報警值設定寄存器，可以對傳感器進行上下限報警設定。其優點是操作簡單，硬件電路簡單，不易受到外界的干擾。

方案三：采用熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化而變化，一般分為兩種基本類型，負溫度系數(NTC)和正溫度系數(PTC)，NTC表現為阻值隨溫度的升高而減小，PTC表現為阻值隨溫度的升高而升高，這兩種熱敏電阻都各自具有優點和特點，以適應不同的應用場合，其應用電路簡單，成本低，在測量精度要求不是很好的場合，熱敏電阻是很好的選擇，基于以上考慮，在本系統中采用的是分溫度系數的熱敏電阻。

3.顯示模塊介紹

3.1 從機顯示模塊

從機顯示模塊采用的是一個2.8寸的TFT彩色液晶顯示器，該液晶具有操作簡單，顯示的信息量大而且設計靈活的特點，顯示只需要在轉換結束以后調用顯示的庫函數，設置好各項參數，需要的內容就會顯示在液晶屏上。

3.2 主機顯示

主機顯示采用的PC機，用VC編寫一個從串口接收數據的界面。在串口打開之前界面如圖3.1所示。

圖3.1 上位機顯示界面

4.硬件電路

4.1 電源電路

本系統采用的Stm32f103vc，其供電電源3.3V，其內核供電為1.8V，采用的是線性三端集成穩 壓芯片U 10 LT1117-3.3，具體電路圖如圖4.1所示。

圖4.1 系統的供電電路圖

圖4.2 串口接口電路圖

4.2 串口通信電路

在本系統中需要用到串口通信?？刂瓢l送數據到PC上顯示。在串口通信中使用到的芯片是MAX3232，MAX3232是一種低功耗擁有兩個接收器和兩個發射器的串口接口芯片。它兼容了RS-232的特性。供電范圍是3V-5.5V.在MAX3232內部，有兩個充電泵。該芯片的外圍電路非常簡單，外部只需要接上4個0.1uF的充電電容就可以使用了。通信速率在120kbps能夠保證數據不出錯。并且能夠保持RS232的輸出電平。MAX3232具有低至1uA的關閉模式，在便攜式設備中，降低了電源的消耗，延長了電池的壽命。在低能耗的關閉模式中，接收器任然處于激活模式，允許調制解調器接收數據，其應用電路如圖4.2所示。

4.3 傳感器應用電路

在本系統中，傳感器使用的是具有負溫度系數的熱敏電阻(NTC)，其測溫原理是：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而降低，熱敏電阻兩端的電壓也相應的降低，通過STM32內部的AD采樣就可以得到熱敏電阻兩端的電壓，其應用電路如圖4.3所示。

圖4.3 熱敏電阻應用電路圖

圖5.1 從機軟件流程圖

圖5.2 主機軟件流程圖

假如在某一時刻采樣得到的電壓值為A伏，此時熱敏電阻的阻值為B歐，計算出此時點電阻值，再查詢熱敏電阻的阻值與溫度關系的對應表，就可以得出此時的溫度。

圖5.3 主機接收數據界面

5.軟件流程圖以及應用軟件

5.1 下位機軟件流程圖

該模塊主要是實現NTC溫度傳感器測溫功能，首先讀取AD轉換的值，然后根據此值計算所對應的溫度值。輸出參數為十進制的溫度值。程序流程圖如圖5.1所示。

5.2 上位機軟件流程圖

圖5.4 設計實物圖

該模塊主要是完成接收下位機傳送上來的數據，并將數據以正確的形式顯示在控制界面當中。該模塊包括界面的設計以及具體的響應函數的設計。

上位機的串口通信用的不是VC自帶的MSCOMM控件，這里使用一個動態庫，分別是Pcomm.h，Pcomm.lib，Pcomm.dll。輸入參數為串口的接收數據，輸出參數為編輯框的顯示數據。程序的流程圖如圖5.2所示。打開串口后主機接收數據時的界面如圖5.3所示。設計的實物圖如圖5.4所示。

[1]周立功.ARM嵌入式系統基礎教程(二)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.

[2]周立功.ARM嵌入式系統基礎教程(三)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.

[3]周立功等.EasyArm2131教材[M].

[4]譚浩強著.C程序設計(第三版)[M].清華大學出版社,2007.

[5]周旭.現代傳感器技術[M].北京:國防工業出版社,2007.

[6]田澤.嵌入式系統開發與應用教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.