单片机课程设计 - 图文

南华大学电气工程学院课程设计(论文)

系统。文中传感器理论与单片机实际应用有机结合,详细地讲述了基于单片机STM32F030,TM4C123GH6PM和温度传感器DS18B20的温度监测系统的设计方案与软硬件实现方案。系统包括数据采集模块,单片机控制模块,无线传输模块,显示模块和温度设置模块,驱动电路六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。本设计应用性比较强, 系统稍微改装可以作为生物培养液温度监控系统,可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统等等。设计后的系统具有操作方便,控制灵活等优点。

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1 综述

1.1项目设计的内容

本设计是基于单片机的无线温度监控系统,经过大量查阅资料和研究,最终确定采用STM32F030C8T6为从机主控芯片,TM4C123GH6PM为接收机的主控芯片,DS18B20作为温度采集芯片,NRF24L01作为无线接收和发射模块,采用LCD1602液晶屏进行显示。该系统由发射系统和接收系统组成,发射系统进行温度采集以及数据发射,接收系统作为主系统,对数据接收处理并显示出来。该系统具有温度过限报警功能,设有4个独立按键,分别进行温度高低限定值的选择、设定,清除报警声和报警灯。该系统具有操作方便,远距离操控,功能多样,电路简洁,成本低廉等优点,符合电子技术的发展趋势,有很广阔的市场前景。 经过设计和一系列的调试,测试结果基本达到了该设计预期制定的各项要求,顺利地完成了本次课程设计的目标。

1.2设计要求

(1) 实现多点温度监控,动态添加从机。

(2) 接收系统显示实际温度值,收发距离:150米以内。 (3) 可以人工设定报警温度上下限定值。 (4) 超过温度限定值是蜂鸣器报警。

1.3系统基本方案选择

1.3.1单片机选择

从机和接收机我们采用了两种不同的单片机。鉴于ARM单片机在的广泛使用,从机我们采用的是意法半导体公司生产的Cortex M0内核的STM32F030C8T6 32位单片机。接收机我们采用的是德州仪器公司生产的Cortex M4内核的TM4C123GH6PM 32位单片机。两者速度均高于传统的8051单片机,功能更强,

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便于以后对系统功能的扩展。

1.3.2 温度传感器的选择与论证

方案一:使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路,增加了线路的复杂程度,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。因此此方案不可行。 方案二:采用DS18B20。DS18B20的数字温度输出通过1-Wire总线,又称为“一线”总线,这种独特的方式可以使多个DS18B20方便地组建成传感器网络,为整个测量系统的建立和组合提供了更大的可能性。它在测温精度、转换时间、测数距离、分辨率等方面比其他温度传感器有了很大的进步,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20直接输出数字温度值,不需要校正,因此选择此方案。

1.3.3 无线收发模块的选择与论证

方案一:采用TX315A-T01和TX315A-R01的无线收发模块。应用目前最先进的声表面波器件和数据专用ASK超外差式单片接收电路开发生产了TX315系列模块电路,其中含有RF、TF、DATA等高频、中频、数字处理电路。TX315A可应用于无线遥控、数据传送、自动抄表系统、无线键盘操作系统、警戒系统。TX315A由TX315A-T01发射组件和TX315A-R01接收组件两部分组成,因其频率绝对一致,故在使用时可随意增加发射和接收组件,以组成所需的功能系统。此系统用此模块很好,但是这个模块的价格太昂贵,所以放弃此方案。

方案二:采用一对NRF24L01作为无线收发模块。NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz~2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型Shock Burst技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时,工作电流也只有9mA;接收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便,而且价格相对其他无线模块较低,易

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于购买,因此选择此方案。

1.3.4 显示模块的选择与论证

方案一:采用数码管显示,成本低、亮度高。但本系统所要实现较多的内容,硬 件电路设计会比较复杂,而且功耗大,所以不适合本设计。

方案二:采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管成,对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。

方案三:采用LCD1602液晶屏显示,显示内容较多,方便组合,可视面积大,画面效果好,抗干扰能力强,调用方便简单,而且可以节省软件中断资源。系统中需要显示温度和上限温度等信息,要求显示内容丰富。

比较上述三种方案,方案三电路简单、显示信息量大、能很好的满足题目要求,因此接收机采用方案三,从机采用方案一。

1.3.5 报警模块的选择与论证

方案一:采用555定时器构成蜂鸣器,常用于定时报警,非常实用,其时间可控, 但本设计报警时间是随机的,取决于试验现场的温度,因此不可行。 方案二:采用9102三极管驱动蜂鸣器,当达到温度上下限值,就会给三极管一个高电平驱动蜂鸣器,实现声音报警,并且可以接个发光二级管,同时点亮二极管,实现发光报警。此方案实行起来方便,电路也简单,因此选用此方案。

1.3.6 电路设计方案的最终确定

由以上讨论的各种方案最终得出本次设计的方案为:采用单片机芯片STM32F030C8T6和TM4C123GH6PM作为主控制芯片,DS18B20数字温度传感,NRF24L01作为无线收发模块,LCD1602作为接收机显示模块,数码管作为从机显示模块,采用蜂鸣器声音报警。

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