..基于ARM的多點溫度采集及記錄儀[摘要]現(xiàn)在很多地點需要多路溫度采集,比如油罐中溫度需均衡,鉆井機探頭各方向溫度變化等。本設計可運用于以上場地中,操作員可以直觀的看見個點的溫度變化,以采取必要的措施?；贏RM的多點溫度采集及記錄儀有功耗低,記錄方便,直觀人機界面,低成本等特點。可以靈活運用于各種場所。它采用先進的ARM內(nèi)核的32位單片機,保證了通常的處理速度。2.4寸16位彩屏是其獨到的特點。此外,記錄的數(shù)據(jù)會以文本文檔格式存儲在多媒體SD內(nèi),一目了然地觀察數(shù)據(jù)變化。關鍵詞：多路溫度彩屏ARMSDAbstract:Manysitesrequiremulti-channeltemperatureacquisition,suchastanktemperaturebalanceddrillingmachine,thetemperatureprobe.Thisdesigncanbeusedinaboveground,theoperatorcanvisuallyseepointsoftemperaturechange,totakethenecessarymeasures.ARMbasedmultipointtemperaturecollectingandrecordingapparatushavinglowpowerconsumption,convenienttorecord,andintuitiveman-machineinterface,lowcostetc.Canbeflexiblyusedinvariousplaces.ItusesadvancedARMcore32bitsinglechipmicrocomputer,toensuretheusualprocessingspeed.2.4inch16colorisitsuniquecharacteristics.Inaddition,therecordeddatatoatextdocumentformatisstoredinamultimediaSDstickoutamile,toobservethechangesofdata.Keywords:MultichanneltemperatureTFTARM目錄1方案論證與比較21.1溫度傳感器部分3方案一3方案二31.2顯示部分3方案一3方案二32系統(tǒng)設計32.1總體設計思路42.2電路設計42.2.1處理器電路42.2.2溫度傳感器電路5顯示器電路6存儲器電路6電源電路73軟件設計83.1編程原則83.2層面93.2.1ucgui使用93.2.1fatfs使用94測試結(jié)果分析10結(jié)束語10文獻111方案論證與比較1.1溫度傳感器部分方案一有熱敏電阻與三個精密電阻組成電阻橋,通過差動放大器對信號進行放大,再通過12位AD轉(zhuǎn)換器取得數(shù)字量,通過線性函數(shù)關系換算出溫度值。本方案特點是測量溫度范圍寬。但是,由于本設計需多路溫度測量,必需ADC達到五個通道以上。此外,模擬器件也加大電路調(diào)試難度和日后的經(jīng)常維護。方案二采用數(shù)字一體化傳感器DS18B20。獨特的一線接口,只需要一條口線通信多點能力,簡化了分布式溫度傳感應用,無需外部元件,可用數(shù)據(jù)總線供電。測溫范圍－55℃～+125℃,分辨率12位,精度0.2℃。接口原理簡單,無需調(diào)試即可實現(xiàn)溫度采集。圖11.2顯示部分方案一LCD12864是一款帶有中文字庫的LCD顯示屏,最大的特點是功耗低,即使在無背光的情況下,可以清晰的看見顯示內(nèi)容。但是,它的分辨率只有128*64不可能同時顯示五個溫度數(shù)據(jù),這樣只有分時顯示,犧牲了編程的簡單性。方案二現(xiàn)以二十一世紀,彩屏時代的到來加速了電子設備的前沿性。彩色顯示,高分辨率。是人機界面達到優(yōu)化,更能顯示出很多的信息。本方案采用模組型號為TM240320C1NFWGWCG-1的TFT顯示屏。參數(shù)為：分辨率240*320,65536色?？刂破鱥li9325。16位8080總線驅(qū)動。2系統(tǒng)設計2.1總體設計思路根據(jù)設計要求,結(jié)合考慮過的各種方案充分利用模擬和數(shù)字系統(tǒng)的各優(yōu)點,發(fā)揮其優(yōu)勢。畫出了以下系統(tǒng)總框圖。TFT顯示TFT顯示器STMSTM32F103溫度2溫度3溫度2溫度3溫度5溫度1溫度4SD存儲器SD存儲器圖22.2電路設計處理器電路處理器采用意法半導體設計生產(chǎn)的STM32F103VE,它采用英國ARM公司設計的CROTEX內(nèi)核,90nm制程,最高時鐘頻率72MHZ,片內(nèi)512KBflash,64KBROM,該器件100腳LQFP100封裝。外圍電路如下圖所示：圖3溫度傳感器電路溫度傳感器采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20,在出廠時每個傳感器會附上全球唯一的器件ID號。被設計中就采用讀取內(nèi)部ID號的方法來識別溫度數(shù)據(jù)是從哪個傳感器上傳輸來的,五個傳感器數(shù)據(jù)線接同一IO口,MCU管腳位PA0.五個傳感器ID號分別如下表所示：溫度傳感器編號ID號〔16進制溫度傳感器編號ID號〔16進制1號28DB3084030000952號285E29840300001B3號28B23F84030000AF4號 28184684030000A25號 28DD1884030000E1表1傳感器連接圖如下所示：圖4由于DS18B20是數(shù)字傳感器,因此讀出來的溫度值是有兩個字節(jié)組成的。假設讀出來的兩字節(jié)分別是X〔高字節(jié)和Y〔低字節(jié),則計算公式位：Temp=<<X<<12>+Y>*0.06252.2.3顯示器電路TFT屏采用TM240320C1NFWGWCG-1,共有36跟腳,彩屏供電電壓3.3V,背光點壓12V,通過MI0,MI1,MI2,MI3的電平匹配來選擇通行方式,分別為：SPI,18bit并行,16bit并行和8bit并行。本設計采用16bit并行,將屏地址掛載到STM32F103總線上,可達到一定刷屏速率。液晶屏與控制器采用intel8080總線方式傳輸。連接方式采用控制器FSMC〔靜態(tài)存儲控制器,在控制其內(nèi)部彩屏的寄存器地址是0x60000000,數(shù)據(jù)地址是0x60000002,連接電路圖如下圖所示：圖4圖5存儲器電路現(xiàn)在很多設備存儲采用24C02,k91g08g0uom等的E2PROM或FLASH存儲器。這樣的缺點是沒有靈活性,需要上位機或?qū)Ｓ迷O備從中提取信息,若是設備不慎損壞記錄的信息就很難提取,加大了勞動成本。本設計采用多媒體存儲卡來存儲記錄信息,它的有優(yōu)點是應用領域廣泛,任何電腦,手持設備等多可以從中查詢記錄信息。淺顯易用。多媒體卡種類很多,有CF卡,SD卡,miniSD卡,microSD卡等,但大部分傳輸方式是一樣的,有SPI和SDIO兩種傳輸方式,前者簡單可實現(xiàn)大部分功能,后者傳輸速率快適合大容量媒體數(shù)據(jù)傳輸。介于本設計數(shù)據(jù)量不大,采用SPI方式連接,寫傳輸速率750kb/s。媒體卡選用miniSD卡,供電電壓3.3V。存儲器電路原理圖如下所示：圖6電源電路電源電路是整個電路的基礎,整個系統(tǒng)中如果電源電路不穩(wěn)定那么這也是失敗的,本設計中使用開關電源和線性穩(wěn)壓器相結(jié)合的辦法,是的電源各方面都有優(yōu)勢。設計中系統(tǒng)需3.3v給單片機,SD卡,溫度傳感器,和液晶屏供電,12v需給液晶屏背光供電,因為背光是由4個高亮LED發(fā)出的。 系統(tǒng)以3.3v電源為主體,12V電源由DC-DC將5v升至12v,DC-DC核心器件是MC34063。整個工作流程是,市電由變壓器,全橋整流,濾波后得到5v直流電,經(jīng)過LM1117線性穩(wěn)壓器得到3.3V。5v直流再有DC-DC升壓到12V?；驹韴D如下所示：圖7 已知輸入電壓Vin=5V,輸出電壓Vout=12V。輸出電流20mA,輸出波紋電壓10mA,工作頻率100KHZ,則計算公式如下：Vout=1.25V〔1+R1/R2Ct<定時電容>：決定內(nèi)部工作頻率。Ct=0.000004*Ton<工作頻率Ipk=2*Iomax*T/toffRsc<限流電阻>：決定輸出電流。Rsc＝0.33／IpkLmin<電感>：Lmin＝<Vimin－Vces>*Ton/IpkCo<濾波電容>：決定輸出電壓波紋系數(shù),Co＝Io*ton/Vp-p<波紋系數(shù)固定值參數(shù)：Vces=1.0Vton/toff=<Vo+Vf－Vimin>/<Vimin－VcesVimin:輸入電壓不穩(wěn)定時的最小值Vf=1.2V快速開關二極管正向壓降可得：Ct=260pFIpk=114mARsc=2.632OhmLmin=228uHCo=117uFR=180OhmR1=1.5kR2=13k<12.08V>3軟件設計3.1編程原則CROTEXM3內(nèi)核的ARM多數(shù)用IAR和RMDK兩種開發(fā)環(huán)境?，F(xiàn)階STM32F103多數(shù)使用RMDK開發(fā)。本次使用該軟件建立工程。由于程序代碼量較大,采用模塊化移植的方法,這樣的好處是減少了開發(fā)周期。整個程序中分三層：分別是用戶層,中間層和底層。用戶層主要是主函數(shù)起調(diào)用個模塊和分配作用,中間層為fatfs和ucgui,前者是文件管理,后者是圖形管理庫。底層包括sd驅(qū)動,彩屏驅(qū)動,溫度傳感器驅(qū)動等。 作為一款ARM,STM32f103并未加入MMU。所以它不能向SCS2440那樣可以運行嵌入式操作系統(tǒng)。只可以加入小型shishi系統(tǒng)如ucos,但是介于面向非消費領域,信息快速,多功能化,復雜上來說,個人想法是不加入系統(tǒng)也可以的。主函數(shù)主函數(shù)FatfsUcgui彩屏驅(qū)動SD驅(qū)動傳感器庫函數(shù)用戶層調(diào)用層底層圖83.2層面3.2.1ucgui使用Ucgui是ucos公司編寫的一套圖形管理繪制程序,他是一種開源的商業(yè)程序,任何人多可以運用,它可以調(diào)用彩屏驅(qū)動在屏上任意坐標,任意顏色畫圓,畫方,顯示英文,顯示圖片,管理視窗等。移植比較方便只需調(diào)用底層畫點,讀點函數(shù)。函數(shù)名為：voidili9320_SetPoint<u16x,u16y,u16point>;//畫點u16ili9320_GetPoint<u16x,u16y>;//讀點圖93.2.1fatfs使用Fatfs是由英國一名程序員編寫的文件掛在系統(tǒng)。他可實現(xiàn)對存儲設備的文件管理,功能有對文件的建立,刪除,復制,重命名等。調(diào)用底層函數(shù)有：u8SD_WriteMultiBlock<u32sector,constu8*data,u8count>;SD_Read_Bytes<unsignedlongaddress,unsignedchar*buf,unsignedintoffset,unsignedintbytes>;//意思分別是寫多個扇區(qū),讀多個扇區(qū)。圖104測試結(jié)果分析經(jīng)過測試,基于ARM的多路溫度采集與記錄儀動起來了。屏幕上清晰可見五路傳感器所采樣的溫度值。但是隨后發(fā)現(xiàn)溫度變化緩慢,隨后想起調(diào)用讀取溫度函數(shù)是在時間函數(shù)里的,這樣必然采樣速率為1S/次。隨后更改了程序,效果有所改善。在測試中還發(fā)現(xiàn)在相同溫度下,每個溫度點溫度數(shù)據(jù)有0.25度的偏差,翻閱數(shù)據(jù)手冊才了解到偏差在0.5度內(nèi)是必然的。這讓我吃了一顆定心丸。 在測試由于采用求平均值的方法來判斷最高溫度變化,所以溫度基準為五路溫度的品均值,假如五路溫度同時升高,該記錄儀是無法判斷最高溫度點的。這需要有待改進。但是在通常環(huán)境中側(cè)方案是可行的。通過此次測試結(jié)果分析,基本功能可實現(xiàn),數(shù)據(jù)記錄完全沒有誤差,唯一的缺點是量程不高,也就是說在室溫或低溫下是可以正常采集的,但是如果在超高溫下使用必然會損壞器件的,比如鋼鐵融化爐中。這是溫度傳感器所決定的。 結(jié)束語基于ARM的多路溫度記錄儀完成了,經(jīng)過兩個月的設計于制作后,該記錄儀可以在要求的誤差,量程內(nèi)完成溫度顯示與記錄。順利的將記錄數(shù)據(jù)從電腦中打開。并以時間所對應的五路溫度逐一查看。在現(xiàn)代壞彩屏現(xiàn)實中,我們可以清晰,無亂碼的觀察數(shù)據(jù)變化,并且五路溫度值顯示位置與實際溫度探頭位置一一對應。在人機顯示上雖然可以達到很好的融洽性,但是不能顯示中文是最大的遺憾。由于時間問題,我并沒有完全掌握UCGUI的所有功能。所以只能以英文顯示為主了。在今后中我會把圖形庫了解滲透,不斷改進溫度記錄儀的顯示部分。 基于ARM的多路溫度記錄儀完成后,我感嘆萬千,更有喜有悲。在兩個月畢業(yè)設計中,我得到了很多人的熱心幫助,特別是指導老師的指點。從中我學到了很多知識,不僅如此還把所學知識靈活的運用起來,讓我感覺到知識的重要性。我會不斷努力,不斷滾固專業(yè)技能,提