基于STM32單片機(jī)的工房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)摘要：“人”、“機(jī)”、“料”、“法”、“環(huán)”是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，其中作業(yè)環(huán)境中的溫濕度是質(zhì)量體系管理中非常重要的環(huán)節(jié)。為了對(duì)工房的溫濕度實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了本套基于STM32單片機(jī)的工房的多路溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)以STM32F103RGT6單片機(jī)作為主控模塊，通過(guò)按鍵對(duì)采集參數(shù)（時(shí)間間隔，溫濕度報(bào)警值、傳感器通道選擇）進(jìn)行設(shè)置。利用OLED模塊作為屏幕顯示，設(shè)計(jì)多級(jí)菜單可進(jìn)行通道溫濕度數(shù)據(jù)輪播、固定顯示、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)記錄。該系統(tǒng)工作性能良好、采集精度高，實(shí)現(xiàn)了工房的溫濕度監(jiān)測(cè)的高效性、準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，完美解決了人工監(jiān)測(cè)工作量大且易遺漏的問(wèn)題。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于高精度產(chǎn)品的生產(chǎn)工房和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室。關(guān)鍵詞：STM32；溫濕度；高效實(shí)時(shí)EnvironmentMonitoringSystemofWorkshopBasedonSTM32MCUAbstract:"human","machine","material","method"and"environment"arethemainfactorsaffectingproductquality,amongwhichthetemperatureandhumidityintheworkingenvironmentisaveryimportantlinkinthequalitysystemmanagement.Inordertomonitorthetemperatureandhumidityofworkshopinrealtime,thissetbasedonSTM32isdesignedMCUworkshopmulti-channeltemperatureandhumiditymonitoringsystem.SystemwithSTM32F103RGT6monolithicthemachineactsasthemaincontrolmodule,andsetstheacquisitionparameters(timeinterval,temperatureandhumidityalarmvalue,andsensorchannelselection)bypressingthekey.UtilizingOLEDthemoduleservesasascreendisplay,andmulti-levelmenusaredesignedtoperformcarousel,fixeddisplay,alarmpromptanddatarecordingofchanneltemperatureandhumiditydata.Thesystemhasgoodworkingperformanceandhighacquisitionaccuracy,whichrealizesthehighefficiency,accuracyandreal-timeofthetemperatureandhumiditymonitoringoftheworkshop,andperfectlysolvestheproblemthatthemanualmonitoringworkloadislargeandeasytobemissed.Thesystemcanbewidelyusedintheproductionworkshopandtestinglaboratoryofhighprecisionproducts.Keyword:STM32,temperatureandhumidity,efficientandreal-time目錄第1章緒論 11.1選題背景 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3選題目的及意義 21.4本章小結(jié) 3第2章系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 42.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 42.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 42.3硬件的選型 42.3.1主控芯片的選擇 42.3.2顯示模塊的選擇 52.3.3溫濕度模塊的選擇 62.3.4RTC時(shí)鐘模塊的選擇 72.3.5蜂鳴器模塊的選擇 82.3.6存儲(chǔ)卡模塊的選擇 92.3.7按鍵模塊的選擇 92.4本章小結(jié) 10第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 113.1系統(tǒng)主芯片硬件電路設(shè)計(jì) 113.2系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 113.3OLED顯示器硬件電路設(shè)計(jì) 123.4外設(shè)RTC時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 133.5溫濕度模塊硬件電路設(shè)計(jì) 133.6蜂鳴器模塊硬件電路設(shè)計(jì) 143.7存儲(chǔ)卡模塊硬件電路設(shè)計(jì) 143.8按鍵模塊硬件電路設(shè)計(jì) 153.9本章小結(jié) 16第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 174.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 174.2軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建 184.3各模塊驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 194.3.1OLED模塊程序設(shè)計(jì) 194.3.2RTC時(shí)鐘模塊程序設(shè)計(jì) 194.3.3溫濕度模塊程序設(shè)計(jì) 204.3.4蜂鳴器模塊程序設(shè)計(jì) 214.3.5MicroSD存儲(chǔ)卡模塊程序設(shè)計(jì) 224.3.6按鍵模塊程序設(shè)計(jì) 224.4本章小結(jié) 23第5章系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試 245.1系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 245.2系統(tǒng)的測(cè)試 245.2.1多路溫濕度傳感器功能測(cè)試 245.2.2報(bào)警功能測(cè)試 245.2.3存儲(chǔ)卡數(shù)據(jù)記錄功能測(cè)試 245.2.4RTC時(shí)鐘模塊功能測(cè)試 245.3故障分析 255.4本章小結(jié) 25結(jié)論 26致謝 27參考文獻(xiàn) 28附錄1總原理圖 29附錄2關(guān)鍵代碼 30第1章緒論1.1選題背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科技不斷進(jìn)步與探索，人們對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，對(duì)產(chǎn)品的性能、適用范圍都要求有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。如：生物實(shí)驗(yàn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、航空高科技工件的加工等都要求在精確的溫濕度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)或生產(chǎn)?！叭恕?、“機(jī)”、“料”、“法”、“環(huán)”是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，其中作業(yè)環(huán)境中的溫濕度是質(zhì)量體系管理中非常重要的環(huán)節(jié)，廠房在不同的溫濕度下進(jìn)行生產(chǎn)同一產(chǎn)品但得到的性能會(huì)不同，實(shí)驗(yàn)室在不同的溫濕度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)會(huì)得到不同檢測(cè)數(shù)據(jù)。因此，作業(yè)環(huán)境中溫濕度需要實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。近年來(lái)，一些國(guó)內(nèi)的車間、企業(yè)的溫濕度測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)記錄的實(shí)時(shí)性以及準(zhǔn)確性上不樂(lè)觀，部分的監(jiān)測(cè)工作還處于人工監(jiān)測(cè)記錄的層面，不但浪費(fèi)人力，降低生產(chǎn)效率，還導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不能得到保障。如果能設(shè)計(jì)一種當(dāng)環(huán)境的溫濕度在設(shè)定的范圍就會(huì)繼續(xù)正常監(jiān)測(cè)記錄，否則，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其生產(chǎn)成本降低，經(jīng)濟(jì)效益得以大幅提高。由此，基于STM32單片機(jī)的工房溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、記錄和報(bào)警的功能，可以廣泛應(yīng)用于高精度產(chǎn)品的生產(chǎn)工房和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀：在二十世紀(jì)70年代，通過(guò)模擬的組合儀表來(lái)收集、記錄并控制信息，而80年代后期，才引入了分布式控制系統(tǒng)。近些年，隨著自動(dòng)化、PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線、傳感器以及數(shù)字信息科技的飛速發(fā)展，這些科技已經(jīng)為溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的創(chuàng)新與開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)，從而讓溫濕度的設(shè)置與呈現(xiàn)變得更加形象，同時(shí)也增強(qiáng)了其準(zhǔn)確性、智能性、功能整體性[12]?，F(xiàn)代的溫濕度監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)逐步替代了過(guò)去的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集設(shè)備。這些設(shè)備的演變已經(jīng)從獨(dú)立部件構(gòu)建的系統(tǒng)，演變?yōu)楦⑿?、更整合、更智能、更低消耗、更連接、更具多種參數(shù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備，并且持續(xù)優(yōu)化監(jiān)測(cè)的科學(xué)技術(shù)與手段，例如，增設(shè)自動(dòng)非線性補(bǔ)償、自動(dòng)溫度補(bǔ)償、自動(dòng)調(diào)整等功能，以確保監(jiān)測(cè)的精確性以及對(duì)惡劣環(huán)境的特別需求[13]。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：在20世紀(jì)80年代，我國(guó)開(kāi)始探索和研究溫濕度測(cè)控技術(shù)，并在借鑒了先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)后，成功掌握了室內(nèi)溫濕度微機(jī)控制技術(shù)。現(xiàn)在，我們已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出多種基于各種微處理器的溫濕度測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)。常見(jiàn)的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)有以下一些：①采用單片機(jī)操作的溫濕度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；②利用PLC技術(shù)構(gòu)建的溫濕度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；③采用分布式的溫濕度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；④采用FPGA技術(shù)構(gòu)建的溫濕度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；⑤采用DSP技術(shù)構(gòu)建的溫濕度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)[13]。單片機(jī)因功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、方便靈活，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)。另外DSP微處理器因功能強(qiáng)、抗干擾性能好、溫限寬、價(jià)格低，廣泛用于溫濕度測(cè)控領(lǐng)域?，F(xiàn)在，微型化、數(shù)字化、智能化是溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究發(fā)展方向，并不斷地改進(jìn)技術(shù)來(lái)滿足市場(chǎng)的需求[20]。1.3選題目的及意義本課題旨在設(shè)計(jì)基于STM32單片機(jī)的工房溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫(xiě)軟件程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)工房溫濕度的一體化監(jiān)測(cè)、記錄和報(bào)警功能。(1)降低生產(chǎn)成本：通過(guò)對(duì)此系統(tǒng)的智能控制，不需用人工去觀察記錄，只是在產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，工作人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而大大節(jié)省時(shí)間和精力，提高勞動(dòng)效率。(2)滿足質(zhì)量管理體系要求：質(zhì)量管理體系的審查離不開(kāi)“人”、“機(jī)”、“料”、“法”、“環(huán)”，自動(dòng)記錄的環(huán)境數(shù)據(jù)可以有效真實(shí)地提供審查資料。(3)推動(dòng)科技創(chuàng)新：本課題的研究通過(guò)在工廠、實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)用效果，將有助于推動(dòng)單片機(jī)技術(shù)在其他生產(chǎn)企業(yè)的廣泛應(yīng)用，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。(4)培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力：在這個(gè)課題的探索過(guò)程中，肯定會(huì)碰到許多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行分析、學(xué)習(xí)和解決，以此來(lái)增強(qiáng)其創(chuàng)新和實(shí)踐的能力。1.4本章小結(jié)本章介紹了國(guó)內(nèi)工房溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)行業(yè)內(nèi)的現(xiàn)狀，以及生產(chǎn)發(fā)展的背景和意義，充分說(shuō)明了工房溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是具有一定現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。本次設(shè)計(jì)基于STM32單片機(jī)的工房溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、記錄和報(bào)警的功能，可以廣泛應(yīng)用于高精度產(chǎn)品的生產(chǎn)工房和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室。第2章系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理這個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括五個(gè)部分，其中包括一個(gè)普遍使用的溫濕度傳感器，STM32系列的處理器，以及一個(gè)蜂鳴器模塊、一個(gè)按鍵模塊和一個(gè)RTC的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。另外，OLED顯示模塊作為其中的一部分，MicroSD卡的通用接口則被放置在其中。在收集到的溫濕度信息被傳輸至微控制器以便進(jìn)一步分析和處理，這些信息會(huì)在OLED屏幕上展現(xiàn)，并被保留在內(nèi)存中。此外，我們還可以使用控制器來(lái)調(diào)整溫濕度的警告閾值。如果溫濕度的數(shù)值超標(biāo)，蜂鳴器將會(huì)發(fā)出警告信號(hào)以供人們注意。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為了滿足不同的生產(chǎn)需求，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從多方面考慮，如：性能、安全、成本和使用方便等。系統(tǒng)的性能主要體現(xiàn)于數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，數(shù)據(jù)處理的快捷性等。為了提高的數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)采用三個(gè)溫濕度模塊，可放在生產(chǎn)工房和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的不同位置采集，分別記錄，循環(huán)顯示，只要有一個(gè)數(shù)據(jù)超出設(shè)定值，蜂鳴器報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖2.3硬件的選型2.3.1主控芯片的選擇方案一：MSP430F149芯片MSP430系列的單片機(jī)售價(jià)僅為10元，它是一款16位的芯片，當(dāng)處于1MHz的時(shí)鐘環(huán)境中運(yùn)作時(shí)，其電流最小值能達(dá)到165μA，而在RAM保持模式下，其最小功耗僅為0.1μA。我們使用了精簡(jiǎn)指令集（RISC）的架構(gòu)，它提供了多種尋址方法（包括7種源操作數(shù)和4種目的操作數(shù)）、27條簡(jiǎn)明的內(nèi)核指令和眾多的模擬指令。此外，許多寄存器和片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都能進(jìn)行多種計(jì)算，并且還提供了高效的表格處理指令。所有這些特性確保我們能夠創(chuàng)建出高效的源程序[15]。方案二:STM32F103RGT6芯片STM32F103RGT6微控制器，一款32位的ARMCortex-M3內(nèi)核，運(yùn)行在72MHz的頻率上。它配備了高效的嵌入式存儲(chǔ)，以及增強(qiáng)的I/O接口和附屬設(shè)備，如表2-1所示。表2-1主控芯片I/O口和外圍設(shè)備APB總線ADC定時(shí)器I2C接口SPI接口I2S接口SDIO接口USART接口USB接口CAN接口2個(gè)3路6個(gè)2個(gè)3個(gè)2個(gè)1個(gè)5個(gè)1個(gè)1個(gè)這些特性使其適用于打印機(jī)、掃描儀、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、游戲外圍設(shè)備、GPS平臺(tái)、可編程邏輯控制器（PLC）、報(bào)警系統(tǒng)、視頻對(duì)講系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。二者的主要性能指標(biāo)如表2-2所示。表2-2主控芯片主要性能指標(biāo)主控芯片RAM內(nèi)存Flash存儲(chǔ)外設(shè)速度電壓正常電流成本MSP430F1492KB60KB一般一般1.8-3.6V280μA低STM32F103RGT664KB512KB豐富快3.3V150mA高經(jīng)比較，若本設(shè)計(jì)采用方案二，MSP430F149芯片雖然擁有低功耗、高效的處理指令，外設(shè)設(shè)施沒(méi)有STM32F103RGT6豐富，如SDIO，多個(gè)串行USART等接口，無(wú)法滿足現(xiàn)代化應(yīng)用的需求，單片機(jī)運(yùn)行速度只有1MHz，RAM內(nèi)存較小，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)運(yùn)行的最小要求。方案二單片機(jī)運(yùn)行速度更加迅速，RAM內(nèi)存更是達(dá)到64KB，可以使用SDIO高速接口連接MicroSD卡模塊，使系統(tǒng)更加流暢。由于該設(shè)備為固定設(shè)備能夠通過(guò)直流電源給設(shè)備持續(xù)供電，無(wú)需考慮低功耗問(wèn)題，最終選定方案二STM32F103RGT6作為主控芯片。2.3.2顯示模塊的選擇方案一：OLED12864顯示模塊這個(gè)模塊的分辨率達(dá)到64×128像素，OLED因其自發(fā)光、無(wú)需背光源、高對(duì)比度、薄厚度、寬視角、快速反應(yīng)、適用于彎曲面板、廣泛的使用溫度范圍、簡(jiǎn)易的構(gòu)造和制作過(guò)程等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為未來(lái)的平面顯示器新型應(yīng)用技術(shù)[16]。方案二：LED12864顯示模塊LED12864的視覺(jué)清晰度與之前的一致，常常會(huì)產(chǎn)生自發(fā)光，所需的背光源電壓范圍在4.5~5.5V之間。此外，它還能展示漢字和圖像，并且可以通過(guò)8位并行模式或3位串行模式與主控進(jìn)行連接。此外，led12864還擁有多種特性，如光標(biāo)顯示、畫(huà)面位移、睡眠模式等[17]。經(jīng)比較雖然LED12864顯示模塊屏幕物理尺寸更大，更便于觀看，但是價(jià)格更高，接線更復(fù)雜，編程難度大。所以最終選擇OLED12864顯示模塊，其優(yōu)點(diǎn)是：因其具備自發(fā)光，節(jié)能省電，價(jià)格更低，并且接口更小連接更加簡(jiǎn)潔，使編程更加簡(jiǎn)單，刷新速度更快。故選擇方案一。根據(jù)系統(tǒng)各硬件模塊的體積大小和整體美觀勻稱，選擇為0.96寸的OLED12864的顯示模塊。OLED屏幕通信方式有IIC和SPI兩種方式。4針腳的只有使用IIC通信方式，9針腳的兩種方式都可以，所以選用了9針腳的。其實(shí)物圖如圖2-2所示。圖2-2OLED顯示器實(shí)物圖2.3.3溫濕度模塊的選擇方案一：DHT11溫濕度模塊DHT11型溫濕度傳感器，這是一種配備了經(jīng)過(guò)精確調(diào)整的數(shù)碼輸出的復(fù)合型傳感器。該傳感器運(yùn)用了特定的數(shù)碼模塊收集技術(shù)以及溫濕度感知技術(shù)，其中包含了電阻式濕度感知元件以及NTC溫度檢測(cè)元件，同時(shí)還與一個(gè)8位8英寸的高效電腦進(jìn)行了鏈接。所以這款產(chǎn)品擁有出色的品質(zhì)、迅速的反饋、超強(qiáng)的抵御干擾的能力以及較高的性價(jià)比[18]。因采用單一的溫濕度元件，使用數(shù)字信號(hào)輸出溫度和濕度值，導(dǎo)致其測(cè)量精度較低，但相對(duì)簡(jiǎn)單易用和低成本。方案二：RS485溫濕度模塊RS485的濕度與溫度傳感器是以SHT30芯片為主要的溫濕度收集器，并且搭載了一個(gè)創(chuàng)新的CMOSens?芯片、一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的電容濕度傳感器以及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的能隙溫度傳感器。這些元件都是在芯片內(nèi)部運(yùn)行的，并且利用了電容濕度傳感器以及數(shù)字溫度傳感器的先進(jìn)技術(shù)，使得其精度與穩(wěn)定度得到了極大的提升。SHT30還具有快速響應(yīng)時(shí)間和低功耗，適用于需要高精度和長(zhǎng)期部署的應(yīng)用場(chǎng)景。模塊采用基于RS485通訊協(xié)議的moudbus協(xié)議，具有易擴(kuò)展、連接方便等特點(diǎn)。二者的主要性能指標(biāo)如表2-3所示。表2-3溫濕度傳感器主要性能指標(biāo)溫濕度傳感器溫度測(cè)量范圍濕度測(cè)量范圍測(cè)量精度速度成本DHT11溫濕度模塊0℃-50℃20％-90％±2℃和±5％較快更低RS485溫濕度模塊-40℃-125℃0-100％±0.3℃和±2％更快低經(jīng)比較，DHT11溫濕度模塊的價(jià)格雖然更低，但是其使用最低溫度只有0℃，不能滿足北方使用要求，所以最終方案選擇RS485溫濕度模塊，優(yōu)點(diǎn)是：溫度精度更高，響應(yīng)速度更快，RS485通訊協(xié)議比起單總線協(xié)議抗干擾性更強(qiáng)，傳輸距離更遠(yuǎn)，更適合在工房場(chǎng)景中使用，故選擇方案二，其實(shí)物圖如圖2-3所示。圖2-3RS485溫濕度變送器實(shí)物圖2.3.4RTC時(shí)鐘模塊的選擇方案一：DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的ds1302日歷時(shí)鐘芯片，其特點(diǎn)為高效率、低消耗。DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊采用了串行連接，其中包含了一個(gè)可編程的日歷時(shí)鐘及31個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM。該日歷時(shí)鐘具有閏年補(bǔ)償?shù)墓δ?，其精度極高，操作簡(jiǎn)潔，易于操控，其工作電壓在2.5~5.5V之間。此外，該芯片還擁有對(duì)待用電池的涓流充電功能。這樣做能夠顯著提高備用電池的耐久性[19]。DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊被用于數(shù)據(jù)的記錄，它能夠同步記錄數(shù)據(jù)和其出現(xiàn)的時(shí)間，因此在測(cè)量系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。該芯片的通訊采用基于SPI的三線制通訊方式進(jìn)行編程。支持單字節(jié)和多字節(jié)（突發(fā)模式）傳輸，具有兩個(gè)電源引腳，可以可以通過(guò)涓細(xì)電流對(duì)后備電源充電。該芯片價(jià)格在1元左右。方案二：PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊NXPSemiconductors制造的pcf8563是一款rtc型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它融合了多種功能的時(shí)鐘和日歷，同時(shí)也具備I2C協(xié)議接口，這使得它有能力與微控制器進(jìn)行交流。cf8563的芯片配備了32.768KHz的振蕩器，因其低耗能CMOS技術(shù)而享有盛譽(yù)，它可以處理多種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，如定時(shí)器、報(bào)警、時(shí)鐘輸出和中斷輸出。此外，CF8563還擁有看門狗的特性，并在諸如氣表、水表、電表、傳真機(jī)、電話、電池供電的設(shè)備以及便攜式設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的使用。它的最大總線的速度可以達(dá)到400kbit/s，并且在讀寫(xiě)數(shù)據(jù)之后，內(nèi)置的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)增加以簡(jiǎn)化地址管理，該芯片價(jià)格在3元左右。經(jīng)比較，雖然PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊內(nèi)部自帶晶振電路，但是由于使用的是2線制的I2C協(xié)議，導(dǎo)致芯片讀取速度不如DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的三線制SPI協(xié)議，并且PCF8563實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊功能多而雜、其價(jià)格高，因系統(tǒng)使用的是其時(shí)鐘功能，故選用方案一。2.3.5蜂鳴器模塊的選擇方案一：無(wú)源蜂鳴器一些企業(yè)和工廠將無(wú)源蜂鳴器命名為訊響器，這種設(shè)備并無(wú)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路，只需要外部電源便能產(chǎn)生聲音，當(dāng)電壓施加到蜂鳴器上時(shí)，蜂鳴器內(nèi)部的壓電元件通過(guò)物理變形而發(fā)出聲音，其聲音較小、音色不可調(diào)節(jié)。方案二：有源蜂鳴器有源蜂鳴器內(nèi)部配備了一個(gè)簡(jiǎn)易的振蕩電路，該電路能夠產(chǎn)生高頻信號(hào)，并在信號(hào)被放大后，通過(guò)喇叭進(jìn)行聲音傳播。其聲音響亮、清晰、音色可調(diào)節(jié)。經(jīng)比較，兩種蜂鳴器價(jià)格基本一致，外觀相近。有源蜂鳴器較無(wú)源蜂鳴器來(lái)說(shuō)，只需要提供高電平信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)發(fā)聲，其聲音響亮、清晰、音色可調(diào)節(jié)，為使報(bào)警裝置發(fā)出的聲音更能提醒工作人員，故選擇方案二，實(shí)物圖如圖2-4所示。圖2-4蜂鳴器模塊實(shí)物圖2.3.6存儲(chǔ)卡模塊的選擇方案一：SD存儲(chǔ)卡模塊SD，也就是SecureDigital，是一種以半導(dǎo)體快閃記憶器為基礎(chǔ)的最新記憶設(shè)備。其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)包括小巧的體積、高速的數(shù)據(jù)傳輸以及熱插拔功能，因此在各種便攜式設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，比如數(shù)碼相機(jī)、pda個(gè)人數(shù)碼助手和多媒體播放器等，其規(guī)格一般為24mm×32mm×2.1mm。方案二：MicroSD存儲(chǔ)卡模塊MicroSD存儲(chǔ)卡屬于一種非常精致的閃存儲(chǔ)器，同時(shí)也被一些手機(jī)及部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)采納為存儲(chǔ)器，它的形態(tài)源自SankDisk，主導(dǎo)地位在移動(dòng)通訊領(lǐng)域。伴隨著它的尺寸減少，存儲(chǔ)能力的持續(xù)增強(qiáng)，它經(jīng)常被安裝在GPS設(shè)備、便攜式音頻播放器以及一些閃存儲(chǔ)器盤內(nèi)，其規(guī)格一般為15mmx11mmx1mm。經(jīng)比較，兩種儲(chǔ)存卡使用的通訊協(xié)議和接線方式均一致，但MicroSD存儲(chǔ)卡具有更小的規(guī)格尺寸，能夠減小PCB板的面積從而更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，所以選擇MicroSD存儲(chǔ)卡模塊，實(shí)物圖如圖2-5所示。圖2-5存儲(chǔ)卡模塊實(shí)物圖2.3.7按鍵模塊的選擇方案一：矩陣鍵盤按鍵模塊矩陣鍵盤是一種特殊的鍵盤，其特點(diǎn)是鍵帽排列類似矩陣結(jié)構(gòu)，而不是傳統(tǒng)的線性排列。因單個(gè)按鍵的控制使用IO口較少，常用于單片機(jī)外部設(shè)備中。常見(jiàn)的矩陣鍵盤有4×4和8×8型，其電路連接、軟件編程較復(fù)雜，但I(xiàn)O口的利用率高，適用于需使用大量按鍵的場(chǎng)合。方案二：獨(dú)立按鍵模塊每個(gè)按鍵都占據(jù)一個(gè)IO接口，在按鍵數(shù)量較大的情況下，IO接口的使用效率會(huì)降低，但是該程序相對(duì)簡(jiǎn)潔，適用于需要更少按鍵的環(huán)境。鑒于此系統(tǒng)需要4個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)功能選擇，但是按鍵數(shù)量有限，因此我們選擇了4個(gè)獨(dú)立按鍵模塊，具體的實(shí)物圖請(qǐng)參見(jiàn)圖2-6。圖2-6獨(dú)立按鍵模塊實(shí)物圖2.4本章小結(jié)通過(guò)從性能、安全、成本和使用便捷等多方面對(duì)各個(gè)器件方案的對(duì)比選擇后，本次設(shè)計(jì)最終確定采用的模塊包括STM32F103RGT6單片機(jī)、RS485溫濕度傳感器、0.96寸12864OLED顯示器、有源蜂鳴器模塊、MicroSD卡模塊、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘、獨(dú)立按鍵模塊。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)主芯片硬件電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用STM32F103RGT6作為主控芯片，STM32單片機(jī)每一個(gè)字符代表芯片具有不同的特點(diǎn)，下面介紹一下STM32F103RGT6每一個(gè)字符分別代表的具體意思，SMT32表示內(nèi)核Cortex-32、ARMv7構(gòu)架、主頻72M、32bit微控制器，F(xiàn)表示芯片子系列，103表示增強(qiáng)型，R表示引腳數(shù)目為64腳，G指的是閃存容量為1MB，T指的是封裝方式為L(zhǎng)QFP，6指的是溫度范圍為-40?85攝氏度[1]，該系列芯片具有低功耗、低成本、高性能等優(yōu)點(diǎn)。其最小系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。圖3-1最小系統(tǒng)原理圖3.2系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用5-18V（DC）電壓輸入，各模塊電流、電壓詳細(xì)分配情況如表3-1所示。表3-1系統(tǒng)電流電壓分配表器件名稱STM32F103RGT6OLED顯示模塊MAX485蜂鳴器溫濕度傳感器供電電壓3.3V3.3V3.3V3.3V5.0V供電電流150mA32mA500μA50mA100mA供電功率0.495W0.106W0.016W0.160W0.5W輸入接口采用螺接式接線柱，便于接線，電源芯片采用AMS1117-5.0V和AMS1117-3.0V兩顆芯片，分別對(duì)溫濕度傳感器和STM32F103RGT6芯片和其他外圍電路進(jìn)行供電，在穩(wěn)壓芯片的輸入輸出端均加入100uF的鉭電容，對(duì)電路中的干擾信號(hào)起到過(guò)濾作用，保證電路電源的干凈。在芯片輸出增加1A自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，系統(tǒng)總電流公式：I總=I1+I2+I3圖3-2電源電路設(shè)計(jì)圖3.3OLED顯示器硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇的0.96寸OLED12864的屏幕使用SPI通信方式，其引腳與與單片機(jī)的引腳連接情況如表3-2所示。表3-2顯示器與與單片機(jī)的引腳連接表OLEDVCC引腳GND引腳SLC引腳SI引腳SO引腳RST引腳DC引腳CS引腳CS-F引腳單片機(jī)3.3V引腳GNDPB6PB7PB8PB9PB11PB10PB120.96寸OLED12864顯示器原理連接如圖3-3所示。圖3-3OLED顯示器原理連接圖3.4外設(shè)RTC時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)為確保實(shí)際時(shí)間與ds1302的一致性，額外添加了一個(gè)RTC時(shí)鐘芯片。依照DS1302芯片的配置指南，需要向這個(gè)芯片供應(yīng)一個(gè)32.768kHz的外部晶振。為確保即使在時(shí)鐘芯片斷電的狀態(tài)下，也能正常運(yùn)行，需要準(zhǔn)備一個(gè)紐扣電池，并將其連接到芯片的8個(gè)引腳。鑒于此系統(tǒng)處在工業(yè)環(huán)境中，需要增設(shè)一個(gè)0.1uF的濾波電容以過(guò)濾PCB板上的干擾電壓。SCLK（7引腳）被用于將主控芯片的PA4引腳相聯(lián)系，I/O（6引腳）則被用于將主控芯片的PA5引腳相聯(lián)系，而RST#（5引腳）則被用于將主控芯片的PA6引腳相聯(lián)系。RTC時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖如圖3-4所示。圖3-4RTC時(shí)鐘原理圖3.5溫濕度模塊硬件電路設(shè)計(jì)STM32微控制器自身并未具備RS485電平轉(zhuǎn)換功能，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)RS485的連續(xù)通信，因此必須額外添置TTL-RS485電平轉(zhuǎn)換芯片MAX458。由于該系統(tǒng)在工廠內(nèi)使用，為避免出現(xiàn)電線裸露等情況導(dǎo)致電平轉(zhuǎn)換芯片損壞，故增加三個(gè)雙向穩(wěn)壓二極管。MAX485芯片發(fā)送是需要將DE引腳進(jìn)行拉高操作，接受時(shí)需要將RE引腳進(jìn)行拉低操作，故使用NPN三極管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收發(fā)功能。將MAX485芯片的RE#（2引腳）通過(guò)三極管后與主控芯片的USART1_RXD（PA10）引腳相連、DE（3引腳）通過(guò)三極管后與主控芯片的USART1_TXD（PA9）引腳相連。RS485溫濕度變送器原理如下圖3-5所示。圖3-5RS485溫濕度模塊原理圖3.6蜂鳴器模塊硬件電路設(shè)計(jì)由于STM32芯片無(wú)法直接利用IO來(lái)驅(qū)動(dòng)有源蜂鳴器，我們選擇了利用三極管的放大效果來(lái)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)。蜂鳴器的負(fù)極在經(jīng)過(guò)三極管之后，會(huì)和主控芯片的PC2端口進(jìn)行連接。圖3-6中Q1是一種NPN型三極管，它的主要功能是作為一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制蜂鳴器的打開(kāi)（進(jìn)行放大作用）和關(guān)閉；R7是一個(gè)限流電阻，它能避免b極的電流過(guò)大導(dǎo)致三極管的損壞。R16是一個(gè)類似于基極的下拉電阻，它在控制端被懸浮的情況下，能確保三極管的穩(wěn)定關(guān)閉，并且還能增加高電平的門檻電壓。此有源蜂鳴器的工作電流為IC=80mA，三極管的最小電流放大系數(shù)β＝50，操作電壓為0.7V，R16取10K，BUZZ端門檻電壓取2.2V。計(jì)算：Ib=IC/β=80mA/50=1.6mA;IR16=0.7/R16=0.7/10=0.07mA;IR7=Ib+IR16=1.6+0.07=1.67mA;R7=（2.2-0.7）/IR7≈0.89K，故R7取1K。蜂鳴器模塊電路設(shè)計(jì)圖如3-6所示。圖3-6蜂鳴器電路圖3.7存儲(chǔ)卡模塊硬件電路設(shè)計(jì)MicroSD卡的原名為Trans-flashCard，是一種微型的快閃存儲(chǔ)器卡，被SD協(xié)會(huì)采納后才被命名為MicroSD卡，將MicroSD卡座的CD（9引腳）與主控芯片的SDIO_CD（PB13）連接，DAT1（8引腳）與主控芯片的SDIO_D1（PC9）連接，DAT0（7引腳）與主控芯片的SDIO_D1（PC8）連接，CLX（5引腳）與主控芯片的SDIO_CLK（PC12）連接，CMD（3引腳）與主控芯片的SDIO_CMD（PD2）連接，DAT3（2引腳）與主控芯片的SDIO_D3（PC11）連接，DAT2（8引腳）與主控芯片的SDIO_D2（PC10）連接，電路原理如圖3-7所示。圖3-7MicroSD卡電路原理圖3.8按鍵模塊硬件電路設(shè)計(jì)當(dāng)機(jī)械按鈕被按下或解鎖時(shí)，由于受到機(jī)械彈性的作用，通常會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械震動(dòng)，之后觸點(diǎn)才會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間與開(kāi)關(guān)的機(jī)械屬性密切相關(guān)，通常在5-10ms毫秒之間。在觸點(diǎn)顫動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)按鍵的連接和斷開(kāi)進(jìn)行檢查，有可能會(huì)產(chǎn)生判斷失誤，也就是說(shuō)，一次性按下或釋放錯(cuò)誤的按鍵會(huì)被視為多次操作，這種情況是禁止的。為了避免由于按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械顫動(dòng)引起的檢測(cè)失誤，需要實(shí)施消抖策略，其電壓曲線見(jiàn)圖3-8。由于本系統(tǒng)按鍵數(shù)量較少，為了簡(jiǎn)化PCB電路的設(shè)計(jì)，采用軟件消抖的方式。KEY1與主控芯片的PA0進(jìn)行連接，KEY2與主控芯片的PA1進(jìn)行連接，KEY3與主控芯片的PA2進(jìn)行連接，KEY4與主控芯片的PA3進(jìn)行連接。按鍵電路連接圖，如圖3-9所示。圖3-8按鍵按下TLL電平曲線圖圖3-9按鍵電路圖3.9本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)的STM32主控芯片、電源電路的主要接線設(shè)計(jì)，展示了對(duì)應(yīng)模塊的原理圖，概述了主要接線管腳及其功能，為軟件設(shè)計(jì)提供的實(shí)現(xiàn)條件。系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)與其他整體電路圖設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄1。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述硬件設(shè)計(jì)完成之后需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)是對(duì)每個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行編寫(xiě)與調(diào)試，該系統(tǒng)選用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，各個(gè)模塊的程序編寫(xiě)就更加方便快捷。因?yàn)閷?duì)庫(kù)函數(shù)有所學(xué)習(xí)，利用Keil軟件進(jìn)行程序編寫(xiě)，由此實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)控制部分選用的STM32F103RGT6單片機(jī)，主芯片工作時(shí)與OLED顯示器模塊、蜂鳴器模塊、RS485溫濕度傳感器模塊、MicroSD卡模塊、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘、按鍵模塊等相連接組成系統(tǒng)。系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，然后各個(gè)模塊開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，然后顯示在OLED顯示器上。圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖4.2軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，構(gòu)建一個(gè)優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)環(huán)境至關(guān)重要。我們此次設(shè)計(jì)的主控芯片為STM32F103RGT6，并且我們采用keiluVision5作為我們的開(kāi)發(fā)環(huán)境。KeiluVision5是由該公司2013年推出的一款KeiluVision4的升級(jí)版，它增強(qiáng)了我們對(duì)微控制器的研究和開(kāi)發(fā)能力。KeiluVision5具備與KeiluVision4的兼容性，這將大大提高其應(yīng)用的便利性和效率。Keil的開(kāi)發(fā)環(huán)境擁有卓越的模擬能力，編寫(xiě)代碼的過(guò)程簡(jiǎn)單高效，軟件的開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程也相對(duì)容易，這些都使得軟件的開(kāi)發(fā)效率得到了提高，同時(shí)也減少了軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間。此外，keil還支持ST-LINK和JLINK的模擬器。KeiluVision5主要針對(duì)采用了ARM作為內(nèi)核的處理器，比較適合本次設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景[7]。綜上所述，軟件設(shè)計(jì)部分開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建選用Keil開(kāi)發(fā)軟件。Keil軟件頁(yè)面圖如圖4-2所示。圖4-2Keil軟件頁(yè)面圖在Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境中，jlink仿真器能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)ARM內(nèi)核芯片進(jìn)行模擬，其操作簡(jiǎn)便，且可以與Keil軟件無(wú)縫銜接，因此，它是目前開(kāi)發(fā)STM32系列單片機(jī)的一種理想工具。4.3各模塊驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)4.3.1OLED模塊程序設(shè)計(jì)在OLED顯示器進(jìn)行顯示前需先對(duì)MCU對(duì)應(yīng)的IO口進(jìn)行初始化。由于所選的OLED顯示器的顯示驅(qū)動(dòng)芯片是SSD1306，所以IO后初始化完畢后還需要對(duì)SSD1306芯片進(jìn)行復(fù)位和初始化配置。為了避免顯示屏出現(xiàn)之前顯示的無(wú)關(guān)信息，需先將SSD1306芯片中顯存清零，最后再進(jìn)行溫濕度監(jiān)視界面的顯示。為了優(yōu)化OLED的界面顯示速度，在STM32單片機(jī)內(nèi)部建立一個(gè)緩存，通過(guò)對(duì)比本次顯示與上次顯示的區(qū)別，只將需要更新顯示的部分發(fā)送給SSD1306芯片進(jìn)行顯示。OLED模塊顯示流程圖如圖4-3所示。圖4-3OLED模塊顯示流程圖4.3.2RTC時(shí)鐘模塊程序設(shè)計(jì)在與DS1302芯片通訊前需先將主控芯片對(duì)應(yīng)的IO口進(jìn)行初始化，IO口初始化完畢后再對(duì)DS1302對(duì)應(yīng)的寄存器進(jìn)行配置，最后才能讀取DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。將讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，后續(xù)每隔30min與DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行一次時(shí)鐘同步，避免出現(xiàn)時(shí)間誤差。RTC時(shí)鐘模塊流程圖如圖4-4所示。圖4-4RTC時(shí)鐘模塊顯示流程圖4.3.3溫濕度模塊程序設(shè)計(jì)主控芯片上電后進(jìn)行串口IO初始化、將串口寄存器設(shè)置為115200的波特率，8位數(shù)據(jù)模式，無(wú)校驗(yàn)位，1位停止位。初始化結(jié)束后對(duì)所連接的溫濕度變送器進(jìn)行掃描，最多掃描至24通道。如果掃描到對(duì)應(yīng)通道存在溫濕度變送器，則在屏幕上顯示OK否則顯示ERR。在所有路徑的檢測(cè)結(jié)束之后，首先啟動(dòng)溫濕度傳感器的收集，然后逐一獲取各個(gè)路徑的溫濕度傳感器的信息。在獲得信息之后，將這些獲得的信息通過(guò)顯示器進(jìn)行展示。溫濕度模塊程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5溫濕度模塊程序流程圖4.3.4蜂鳴器模塊程序設(shè)計(jì)主控芯片上電后對(duì)蜂鳴器對(duì)應(yīng)的IO口進(jìn)行初始化，初始化完畢后會(huì)發(fā)出短暫的響聲代表初始化完成。當(dāng)實(shí)時(shí)溫濕度超過(guò)預(yù)設(shè)的警報(bào)值，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)聲。如果實(shí)時(shí)溫濕度低于預(yù)設(shè)的警報(bào)值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉警報(bào)聲。蜂鳴器模塊程序流程圖如圖4-6所示。圖4-6蜂鳴器模塊程序流程圖4.3.5MicroSD存儲(chǔ)卡模塊程序設(shè)計(jì)主控芯片上電后先需要將MicroSD存儲(chǔ)卡對(duì)應(yīng)IO口初始化配置為SDIO模式，初始化完畢后還需要對(duì)FATFS文件系統(tǒng)進(jìn)行初始化并掛載MicroSD存儲(chǔ)卡。MicroSD存儲(chǔ)卡掛載完成后檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)間，如果系統(tǒng)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的儲(chǔ)存間隔，則記錄溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)和當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間。蜂鳴器模塊程序流程圖如圖4-7所示。圖4-7存儲(chǔ)卡模塊程序流程圖4.3.6按鍵模塊程序設(shè)計(jì)本機(jī)上電后對(duì)按鍵對(duì)應(yīng)IO口進(jìn)行初始化，將按鍵IO口設(shè)置為上拉模式。初始化完畢后進(jìn)行按鍵掃描的循環(huán)，對(duì)按鍵IO口進(jìn)行掃描。當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)則執(zhí)行對(duì)應(yīng)按鍵程序。按鍵模塊程序流程圖如圖4-8所示。圖4-8按鍵模塊程序流程圖4.4本章小結(jié)本章主要是對(duì)軟件部分操作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，在介紹主程序流程后，分別對(duì)顯示模塊、溫濕度傳感器模塊、蜂鳴器模塊、存儲(chǔ)卡模塊、按鍵模塊進(jìn)行程序流程的設(shè)計(jì)，通過(guò)程序流程能夠確定程序邏輯。第5章系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試5.1系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)制作選用的軟件平臺(tái)為：KeiluVision5和DA，安裝的時(shí)候KeiluVision5注意是以管理員身份運(yùn)行。安裝完成，進(jìn)行程序的編寫(xiě)和調(diào)試后，將編寫(xiě)完成的程序進(jìn)行編譯和運(yùn)行的測(cè)試，根據(jù)錯(cuò)誤和警告的提示修改程序，到無(wú)程序語(yǔ)法錯(cuò)誤為止。再將編譯生成的單片機(jī)可執(zhí)行的hex（十六進(jìn)制）文件，通過(guò)st-link下載到單片機(jī)，運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行程序調(diào)試，硬件焊接組裝如圖5-1所示。圖5-1硬件組裝圖5.2系統(tǒng)的測(cè)試5.2.1多路溫濕度傳感器功能測(cè)試在只接1路溫濕度傳感器時(shí)，系統(tǒng)初始化正常，識(shí)別正確并顯示。同時(shí)接通3路溫濕度傳感器時(shí)，系統(tǒng)初始化正常，識(shí)別正確并顯示。初始化完畢后系統(tǒng)屏幕正常滾動(dòng)顯示接入溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，系統(tǒng)無(wú)卡頓，運(yùn)行流暢。系統(tǒng)運(yùn)行圖如圖5-2所示。圖5-2系統(tǒng)運(yùn)行圖5.2.2報(bào)警功能測(cè)試為測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，通過(guò)按鍵設(shè)置溫度、濕度的報(bào)警值，測(cè)試記錄在常溫下的數(shù)據(jù)后，利用電吹風(fēng)等用品對(duì)1號(hào)溫濕度傳感器加熱，待其恢復(fù)自然溫度后，再利用加濕器對(duì)2號(hào)進(jìn)行加濕，同時(shí)分別記錄溫度和濕度的變化以及報(bào)警情況，如表5-1。從表中溫度和濕度的變化以及報(bào)警情況可確定此系統(tǒng)測(cè)試是準(zhǔn)確的。溫濕度傳感器1號(hào)溫濕度傳感器2號(hào)溫濕度傳感器3號(hào)溫濕度傳感器蜂鳴器報(bào)警設(shè)置報(bào)警值387038703870—常溫下25.654.425.554.425.554.5否1號(hào)加熱48.544.325.554.425.554.5是2號(hào)加濕25.953.821.373.725.654.4是注：1號(hào)溫濕度傳感器列的第1小列表示溫度，第2列表示濕度，2號(hào)3號(hào)相同。表5-1系統(tǒng)測(cè)試記錄表5.2.3存儲(chǔ)卡數(shù)據(jù)記錄功能測(cè)試為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，插上MicroSD存儲(chǔ)卡等待系統(tǒng)初始化完畢，將系統(tǒng)運(yùn)行2小時(shí)后，拔下MicroSD存儲(chǔ)卡插入讀卡器。通過(guò)電腦對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，數(shù)據(jù)保持完整，內(nèi)容無(wú)缺失，滿足使用要求。記錄數(shù)據(jù)截圖，如圖5-3所示。圖5-3記錄數(shù)據(jù)截圖5.2.4RTC時(shí)鐘模塊功能測(cè)試系統(tǒng)上電初始化后，系統(tǒng)界面顯示時(shí)間和日期正常。將系統(tǒng)掉電半天后重新上電，系統(tǒng)顯示時(shí)間依舊正常，說(shuō)明RTC時(shí)鐘模塊在系統(tǒng)掉電期間正常運(yùn)行。兩次拍照記錄如圖5-4、5-5所示。圖5-4系統(tǒng)第一次上電記錄圖圖5-5系統(tǒng)第二次上