基于ARM的嵌入式温度控制系统设计

目录

第一章绪论 (2)

1.1 引言 (1)

1.2 选题背景与意义 (1)

1.3 研究现状 (2)

1.4 论文主要研究内容 (2)

1.5 主要章节安排 (3)

第二章开发工具的介绍 (4)

2.1 Proteus的功能 (4)

2.1.1 Proteus的功能简述 (4)

2.1.2 资源丰富 (5)

2.1.3电路仿真 (5)

2.2 ADS1.2 (6)

2.2.1 ADS种类 (6)

2.2.2 软件组成 (6)

第三章软硬件介绍 (8)

3.1 ARM (8)

3.1.1 ARM简介 (8)

3.1.2 ARM7 (8)

3.2LPC2124处理器 (9)

3.2.1LPC2124简介 (9)

3.2.2 特性 (9)

3.2.3 结构 (9)

3.2.4引脚描述 (10)

3.3硬件系统的整体结构 (11)

3.3.1硬件系统的设计原则 (11)

3.3.2系统硬件的整体结构 (12)

3.3.3 基本硬件组成 (12)

第四章软件设计 (17)

4.1系统软件的整体结构 (17)

4.2.1测控系统 (18)

4.2.2显示数字功能 (19)

4.2.3 A/D转换数据采集程序功能与实现 (21)

第五章总结与展望 (25)

5.1 全文总结 (25)

5.2后续工作及展望 (25)

致谢 (27)

参考文献 (28)

附录 (29)

摘要

温度的测量和控制在工业生产中有广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、冶金等工业领域中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节，温度参数是工业控制中的一项重要的指标。

本文主要研究了基于ARM7架构的嵌入式系统对于温度控制的应用，它基于ARM7 内核的LPC2124, 以DS1820采集温度信号, 通过RWB 温度变送器和A/D 转换获得实际温度值, 同时通过LCD 实时显示; 此温度控制系统应用于热电仪, 实际应用表明, 系统稳定、可靠, 满足了热电仪的温度控制要求。

关键词：ARM；Proteus；嵌入式系统；温度控制系统

Abstract

Measurement and control of temperature is widely used in industrial production, especially in the petroleum, chemical, electric power, metallurgy and other industrial fields, measurement and monitoring of the temperature is a very important link, the temperature parameter is an important index in industrial control.

This paper mainly studies the ARM7 based embedded system for the application of temperature control based on ARM7, which based on the LPC2124 kernel, the DS1820 collecting temperature signal, to obtain the actual temperature value through the RWB temperature transmitter and A/D conversion, at the same time through the LCD real time display; This paper introduces the principle, the system implementation process, gives some application circuits. This temperature control system used in the power system, the practical application shows that the system is stable and reliable, meet, the thermoelectric instrument temperature control requirements.

Key words：ARM；Proteus；Embedded system；Temperature control system

第一章绪论

1.1 引言

嵌入式系统这几年被广泛应用于各种工业领域、无线通信领域、智能仪表，消费电子等各个领域，离不开微电子技术的迅猛发展，它主要用于各种嵌入式应用，以将计算机硬件和软件相结合的手段，完成指定的任务和功能。嵌入式系统在系统可分为分为系统级，电路板级，设备级。系统级指的是各种工业控计算机，板级是指CPU的主板和OEM(原始设备制造商)的产品，最常见的设备是一个单片微机，其后嵌入式应用越来越广泛，很多半导体厂商致力于研发嵌入式微处理器，并有出现许多支撑嵌入式应用的嵌入式操作系统。一般由于某一领域有着特殊要求，嵌入式系统必须做出相应的调整，不仅要求产品体积够小，能够实时掌握现场情况，系统在任何工作环境中都能出色的完成任务，又要求产品具有令人满意成本和效益。因此，嵌入式系统的发展，如何选择特定的应用的嵌入式处理器，并且嵌入式操作系统该如何匹配是十分重要的。

温度控制系统的最大特点是过程控制, 跟其它控制系统的不同是温度控制系统有其独特的特性。比如，该系统是由机械和机电为对象，以微分方程求解线性定长参数的动态问题，这种情况是但是用一样的手段来解决温度过程中的问题不会得到较好的结果，这是由于场下是不容易产生较大的误差。热能的传送形式, 所以它具备直观的非线性、时变性、分布性以及时间滞后的特性。如果你使用分析的方法来建模，其结果通常是非常复杂的，或在对模型进行简化中，失去一些些最重要的因素, 使得模型跟对象很难一致。对此，对温度系统的建模, 通常使用的是实证模型，或理论分析与实证研究。本文对温度控制系统进行了研究，并阐述了优化的PID控制算法，利用微处理器LPC2124，具有ARM7内核，通过传感器DS1820温度信号的采集，在自整定实现实时控制系统最有效的参数，准确地控制所需的温度。系统由电加热器、控制器和温度传感器及变换器三部分组成，形成闭环控制回路。在自整定实现实时控制系统最有效的参数，准确地控制所需的温度。

1.2 选题背景与意义

近年来，在生产、生活中的各种应用的出现，增加了微电子技术和嵌入式技术的需要，同时也促进了自动控制理论，不断发展，尤其是工业控制对象特定的工业控制器，测量和控制系统的设计进入了一个新的领域。

对温度的测量和控制具有重要的意义，尤其是在工业生产中，在石油，化工，冶金，电力行业这样的一个重要的工业领域。热处理炉，熔融金属的坩埚炉，以及各种反应器工业中非常普遍，许多行业需要大量的加热装置，因此，温度在有关温度的控制中就成为了非常敏感的参数。由于类型，目的，方式的不同，不同的加热方法也是不一样的，比如用石油提炼气体、汽油，发电厂发电的方式等等，但它用来控制的系统是不断变化的，基本上属于非实时性的。

因为温度在各种熔炼生产中非常常见，它也属于最重要的的控制因素之一，所以对关于温度的测量和控制的技术和开发具备巨大的实际利用价值和应用前景。尤其是在许多工业场合中，产品的质量、设备运行的安全性和经济性直接受温度的影响，例如对电厂锅炉的蒸汽温度进行控制，整个过程都需要严格的控制和测量。通常过热器使用在大于10℃低于20℃下的环境中，它的使用年限会大大减少，严重影设备安全使用，对生产和人员造成非常大的潜在危害。太低的过热蒸汽温度，会降低设备的运转效率。倘若汽轮机最后几级蒸汽湿度增加，就会造成汽轮机叶片磨损，一般情况下汽温每降低10℃，循环热效率就会降低约0.5％。

1.3 研究现状

借助于越来越先进的互联网技术，通过多年的发展，嵌入式系统又迎来了第二次革新时代，最初的只有低端应用，现在是各种高端和低端应用同时流行，而且对要求及较低的嵌入式系统也不停的发展，这几年32位MCU的出现也是新兴的产品。

目前电流控制方案是基于传统的PLC和单片机控制，可满足大多数用户的需要。PLC在大多数情况下用于简单工程跟很少重复的工程，其缺点是不够灵活，而且占用空间，代价较高，若想增加功能需要较多的额外组件；而单片机主要出现在小型设备的控制中，特别是用于控制专业电子设备，其优点是花费少，耗能低，运行速度快，其缺点是诸如程序只能在最初使用时装入，未来不能由用户修改，外围设备的控制的能力和抗干扰能力都比较低。为了适应信息产业的发展，现代化的发展，新的技术创新和产业化，本文采用32位ARM7嵌入式LPC2124 ATMEL微控制器实现温度控制，它具有良好的可扩展性，可靠性高，精度高，测量和多任务实时调度控制，响应速度快，体积小等优良特性，在实际应用中已成为用户的首选。

1.4 论文主要研究内容

该本论文涉及的理论基础，嵌入式ARM的温度控制系统的硬件接口功能，C语

言函数，按照顺序，主要包括了以下几个方面：

一方面我们在ARM7，理论基础，系统的组成，分类、应用领域和研究现状进行了综述，分析了研究的难点，并探讨学习遇到的困难。接着，我们对本设计中用到的ARM7的各个接口功能作了介绍，对于多余的接口可以适当的增加系统功能，使设计更加完善。

另一方面，本设计完全在proteus软件中进行仿真，对Proteus也进行了详尽的介绍。程序的编辑、编译用到了ADS1.2，对ADS1.2的种类和软件组成作了简单的介绍。

最后，就全文的成果加以总结，讨论了添加液晶显示屏以使系统具有良好的人机交互界面的必要及对进一步研究的展望。

1.5 主要章节安排

首先介绍了课题研究的背景和对实际生产生活的意义。第一章总体的介绍设计的内容。第二章主要介绍了ARM的结构，描述了Proteus软件应用，介绍了ADS1.2。第三章专门分析了硬件设计所需要注意的问题，选择什么处理器和温度传感器。第四章主要阐述软件的设计，每个功能的实现都对应一段程序代码。第五章给出了综合测试的结果，对发现的问题进行讨论并提出解决办法。最后给出结论，并对课题未来的发展做出合理的展望。

第二章开发工具的介绍

2.1 Proteus的功能

Proteus用用软件是英国的一个实验室中心研发的EDA软件工具（广州风标电子技术有限公司代理该软件在中国的使用权）。它应用丰富，不但拥有别的同样软件的功能，还能够对单片机进行仿真，模拟外接模块。在单片机的教学试验中已经成为首选。软件如图2.1所示

图2.1 Proteus软件图

2.1.1 Proteus的功能简述

Proteus软件具备常用的EDA（如：MULTISIM）的功能。这些功能是：

1．原理布图

2．PCB自动或人工布线

3．SPICE电路仿真

革命性的特点

1．互动的电路仿真

比如随机存储寄存器，只读存储器，键盘，引擎，LED，LCD，模数转换，数模转化，一些SPI元件，个别IIC元件的模块，用户也可以实时采用。

2．仿真处理器及其外围电路

仿真主流芯片，如51系列，A VR单片机，PI，ARM芯片等。[1]也可以直接在基于虚拟样机原理图设计，再加上显示输出，看到运行后输入输出的影响。

2.1.2 资源丰富

1．Proteus仿真组件可以提供资源：数字和模拟仿真、AC和DC，成千上万的成分，有30多个元件库。

2．Proteus仿真组件包含许多显示模块：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上相同的仪器可以在一个电路中任意调用。

3．除了在生产生活已经应用的一起，Proteus格外增加了一个显示图像的功能，能够对线路上信号的改变给予实时的显示，示波器也具有此功能，但Proteus功能更多。[1]这些仿真的模块能设置合格的参数指标，如输入阻抗和输出阻抗都非常低。这些都尽量减少了仪器质量对测量结果的影响。

4．Proteus具有更加全面的测试信号，用于测试电路。测试信号包含模拟和数字信号。

2.1.3电路仿真

用PROTEUS搭建模型，完成后导入用ADS1.2编辑编译成功的目标程序：*.HEX，就能够在PROTEUS中看到与实物完全相同的运行效果。

PROTEUS 是一种先进的单片机课堂教学助理。

PROTEUS能够模拟单片机的功能，而且更具有形象化，还能模拟单片机做的实例。前者可在相当程度上物理演示实验的效果，后者的效果是很难通过实物演示实验达到的。

它的优点之一是与组件、线路等跟原始的单片机实验硬件兼容。课程设计、毕业设计的完成是学生将理论转化为实践的重要环节，也是成功就业的前提。因为各种种类繁多的组件一般实验室不可能完全拥有的，但PROTEUS拥有所有的元器件模块，还能更具目的方便的修改电路设计，随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它能够灵活的设计模块，而在设计过程中能随时查看结果。能够把设计时间大大缩短，成本最大化的减少，也降低了工程制造的风险。我相信，PROTEUS在单片机开发应用中也会被越来越多的应用。

目前最新版本的Proteus8.0增加了ARM cortex处理器，而在7.10版本中只增加了DSP系列（TMS320）。

2.2 ADS1.2

2.2.1 ADS种类

ADS包括三种调试器：

1.AXD（扩展调试器）：ARM调试器

2.armsd（ARM符号调试器）：ARM 符号调试器。

3.ARM调试工具中与常用操作系统如Windows或Unix版本兼容的，ADW/ADU（Application Debugger Windows/Unix）

2.2.2 软件组成

1.编译器：ADS具备各种编译器，用来处理ARM和Thumb的指令。

Armcc属于ARM C编译器

Tcc属于Thumb C编译器

Armcpp属于ARM C++编译器

Tcpp属于Thumb和C++共有的编译器

Armasm属于ARM和Thumb共有的汇编器

2.链接器：armlink是ARM的链接器。该命令能够对任意数量的目标文件进行编译和任意数量数据库文件的链接关系，然后得到可执行的文件，还能是众多目标文件指向的目标文件的局部。[3]

3.符号调试器：armsd是ARM跟Thumb共有的符号调试器。

4.fromELF：当需要将输出文件转换为特定格式的时，把原始格式的文件转换成相应的格式，支持的文件包含Motorola 32位S格式映像文件、bin格式的映像文件、Verilog十六进制文件和Intel 32位格式映像文件。

5.armar：armar函数生成器只存在ARM库中，它是一个收集一系列的ELF格式的目标文件的库函数形式。用户能后使用以库传递方式的链接器替代多个ELF文件。

6.CodeWarrior：CodeWarrior集成开发环境（IDE）用一个简单的图形用户界面为多元化经营和发展项目提供了巨大方便，用户开发程序代码时。

7.调试器：ADS中含有3个调试器：包含AXD，ARM独有的扩展调试器；第二个是armsd，它是ARM符号调试器；第三个与旧版本的操作系统下的ARM调试工具兼容。

8.C和C++库：ADS包含有关ANSI C库函数跟C++库函数，能够编译C和C++代码。用户可以添加C库的应用程序中的一部分，与目标相关的功能都能通过代码实现。

第三章软硬件介绍

3.1 ARM

3.1.1 ARM简介

ARM是一个知识产权（IP）的供应商，其最显著的特点是不同于其他芯片的制造和销售公司，它仅仅转让设计方案。ARM公司利用这种双赢的伙伴关系迅速成为了全球性RIRC微处理器标准的缔造者。这种方法也给使用者带来了极大的利益，原因是使用者只要熟悉了一种ARM内核的节后及其开发工具的原理，就可以使用相同的不同公司研发的ARM核芯片。

当前，世界上100多家公司与ARM公司达成了商用技术使用许可协议，其中有因特尔、IBM、LG、NEC、SONY、NXP、和NS此业内大企业。至于开发软件系统的合伙人，包括了Microsoft、升阳和MRI等一系列知名的公司。

ARM架构的处理器是ARM公司同类产品的成本最低的，而且已经成功商用。它具有性价比高、罕见的高代码密度，和良好的实时中断响应，以及低功耗，并且芯片面积尽可能小，使它成为首选的嵌入式系统。[4]ARM架构被越来越多的使用，比如移动电话、个人数字终端、MP3、MP4与形态各异的娱乐电子产品。2004年12亿片ARM处理器被ARM公司的合作伙伴生产出来，应用到各种生活生产中。3.1.2 ARM7

ARM公司在1995年设计研发了首个ARM7TDMI处理器内核，现在是世界上使用最为广泛的一款内核。ARM7系列种类繁多，主要包括ARM7TDMI 型号、ARM7TDMI-S型号、拥有高速缓存处理器宏单元的ARM720T以及扩充了JAZELLE的ARM7EJ-S。由于该类型的处理器集成了Thumb 16位简易指令集跟基于Embedded ICE JTAG的软件调试方式，在许多大应用的SoC设计中能显示出其优越的特性。同时对ARM720T高速缓存处理宏单元进行了强化，不仅增加了8KB的缓存、读缓冲，还设置了具有高性能的内存管理处理器，还支持Linux和Windows CE等操作系统。

3.2LPC2124处理器

3.2.1LPC2124简介

LPC2124微控制器是建立在能够实时仿真与跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU 上的，其高速片内Flash存储器包含0KB、128KB和256KB三种大小，加速结构的存储器接口芯片拥有128位宽度，独特的32位程序可以运行在最大时钟速率下。16位Thumb模式能够降低程序大小至30%，多用于对程序大小有严格要求的应用，其代价只是损失非常小的性能。

LPC2124拥有64和144脚封装两种型号，因此它在同类芯片中耗能最低，还配备了4路10位ADC（64脚和144脚封装），32位定时器跟9个外部中断，因此在工业应用、医疗设备、访问控制和个人使用终端机中具有广泛的应用。[5]

3.2.2 特性

1、32位64/144脚ARM7TDMI-S微控制器。

2、16KB静态RAM。

3、片上Flash程序存储器分为0KB、128KB、256KB三种大小。128位宽度接口/加速器的操作频率高达60MHz。

4、外部8、16或32位总线。（144脚封装）

5、通过外部存储器接口可以分配的内存为4组，每组的容量最高位16MB。

6、在系统编程（ISP）和在应用中编程（IAP）能够用片内Boot转载程序实现。

1ms的Flash编程时间可编程512字节，而400ms之内就能实现扇区擦除或整片擦除。

7、当需要将Boot装载的应用程序装入设备的RAM中时，可以用UART0进行

装载，同时能够使其之在RAM中运行。

8、嵌入式跟踪宏单元（ETM）的功能是对能够无干扰的高速实时跟踪进行中的

执行代码。

9、4路的64脚封装与8路的144脚封装，其10位A/D转换器的转换时间可低

以减少到2.44ms。

10、2个32位定时器，分为带4路捕获和4路比较通道、PWM单元（6路输出）、

实时时钟及看门狗。

3.2.3 结构

在图3.1中所示的LPC2124图中，它由ARM7TDMI-S为CPU仿真功能，ARM 的本地总线和内存控制器接口，用于与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线。

AHB外设设立了了2MB的地址空间，分布在4GBARM内存地址的最顶端。16KB 的空间大小是每个AHB外设都具有的。LPC2124外围功能（除了中断控制器）全部与VPB总线相连。VPB总线与AHB总线的连接需要用AHB与VPB的桥连接起来。VPB外设也拥有2MB的空间大小，它的空间从3.5GB地址点开始分配。[6]引脚连接模块用于控制连接片内外设与器件引脚，软件能够经由控制引脚连接的模块使得引脚连接特定的片内外围设备。

图3.1 LPC2124方框图

3.2.4引脚描述

LPC2124的引脚分布如图3.2所示。

图3.2 LPC212464脚封装

3.3硬件系统的整体结构

3.3.1硬件系统的设计原

硬件系统设计中必须遵循以下原则：

(1)稳定性和可靠性：大多数工业实施环境都非常具有挑战性，由于模拟量参数处理的好坏对系统的技术指标有直接的影响，它必须是每个环境给予充分的考虑，采取有效的抗干扰措施，使用正确的组件的类型和参数，以避免串扰和误差积累。每个部分的设计都要最大化的使硬件电路简单，选择较高集成度的组件，让系统具备良好的抗干扰性能和优越的稳定性和可靠性。

(2)速度与精度：在误差允许极限值内，根据相应的规则所需的各个部分的最大误差，在系统设计过程中，根据使用的位数更高的转换芯片来提高转换精度，选定最终的电路结构。

(3)功耗以及数据存储：LPC2124最显著的特征之一是本身拥有非常低的能耗，VDDCORE工作电流为仅30．4mA，待机模式下工作电流仅为3．1mA，它的低速的时钟操作模式和软件功耗优化能力两大优点，使它十分适应对能耗敏感的场合。采用低功耗器件和贴片封装元器件，可有效降低功耗，减小PCB面积，提高电路本身的抗干扰性能。考虑到数据的存储大小和安全保障，系统采用的是用32M的

NandFlash作为数据跟程序存储区，以确保高容量的数据存储。[7]

3.3.2系统硬件的整体结构

系统的整体结构如图3.3所示

图3.3 系统硬件的整体结构

系统主要分为以下模块：

(1)CPU核心模块：通常由CPU和外围设备构成，是主要的控制电路系统。CPU 采用的是ATMEL公司研发设计的ARM7，能够对数据进行处理、存储、通讯等一系列的操作。

(2)模拟电路：主要包含信号处理电路跟信号输出电路两个模块。信号处理电路主要完成模拟量输入信号的放大和滤波，从而获得在模数转换电路输入范围之内的数值。信号输出电路通过把经过算法修改后的数字量变为对应的模拟信号进行导出，完成对被控目标的控制。

(3)存储模块：一班由NorFlash、SDRAM、NandFlash三部分构成。其中，NorFlash 用于启动程序和系统内核的存储系统；SDRAM作为操作系统跟应用程序的工作空间；NANDFlash用来保存采集的数据跟应用程序。

3.3.3 基本硬件组成

1、时钟电路

如图3.4所示，LPC2124芯片的振荡器的主要器件是一个反相放大器，从XTAL1端输入，从XTAL2端输出，电路时钟能够由内部设备或者外接设备产生，从XTAL1

和XTAL2引脚上连接某个定时器件，其内置的振荡电路就能产生相应的自激振荡。该系统的并联谐振电路采用石英晶体和电容器。电路的晶振频率选择的是11.0592MHZ，电容器C1、C2的电容均取值30pF，电容的大小可频率进行微调。

图3.4 时钟电路

2、键盘输入电路

如图3.5所示，在本系统中，采用独立式键盘。此键盘用来设定控制系统所需值，这样可以跟系统的实验值进行比较，计算误差和系统误差。第一个按键的功能是加1，第二个按键的功能是减1。

图3.5 键盘输入电路

3、显示电路

显示电路采用的是LCD功能组件（LM016L），用来显示温度测量值跟设定值。显示电路如图3.6所示。

图3.6 显示电路

4、温度控制电路

本系统中控制核心电路（控制加热丝加热电路）采用由过零检测晶闸管触发器件MOC3061组成的触发电路，次器件专门用于设计双向晶闸管触发器。LED工作时发射红外线，如果同时过零电路检测到输出端的工作电压大于零，光控双向晶闸管触发导通，否则管断。图3.7所示为MOC3061组成的触发电路。[8]

图3.7 MOC3061组成的触发电路

5、传感器模

本设计采用的是DS1820传感器，如图3.8所示。刚研发的“一线器件”的特征

是更加小巧，能在各种电压下工作，成本更低。DS1820由DALLAS半导体公司研发，是数字化的温度传感器，这是全球首个能够“一线总线”的温度传感器。“一线总线”具有特别而且便宜的特点，使得用户能够方便快捷地搭建一个传感器网络，从而诞生了一个新的概念——测量系统的构建。经过“一线总线”的最开始的发展后，用于温度传感的技术因DS1820有了卓越的发展。

图3.8 DS1820结构框图

DS1820尽管能够方便测，测量的温度也很精确，连接到其他器件上也很方便，需要的连接口线少，但仍然存在以下需要注意的问题：

(1)硬件较小的开销决定了软件必不可少的复杂，因为DS1820与CPU传递信息使用的是串行方式，所以，读去与写入DS1820的代码时尤其要确保读写时序的正确，否则将无法读取测温结果。在设计系统程序时，多用PL/M、C语言等高级语言，但由于汇编语言最接近硬件层面，最适合编写系统的操作部分。

(2)在介绍DS1820的材料中没有说到的单总线上能够挂多少个DS1820，因此很多人认为能够挂多个DS1820，但与实际应用中的情况大相径庭。[9]

(3)通常对连接到DS1820的总线数量有严格要求。在实践中，如果选用常用信号电缆进行大于50米距离的传输时，将读取错误的测温数据。若想将一般通讯距离增加到150m，可使用双绞线加屏蔽的电缆代替总线电缆，若想进

行更远距离的正常通讯，可以使用抗干扰能力更强的双绞线带屏蔽电缆。这种现象多是因为总线分布电容导致信号波形发生变形。所以，在用DS1820进行远距离测温时，总线分布电容跟阻抗匹配的问题必须给予充分考虑。

(4)在使用DS1820温度传感器时，当DS1820执行温度转换命令，系统就立即开始等待DS1820的返回信号，如果DS1820接触不良或是断线，当系统用到该DS1820时，是无法读取返回信号的，程序就无法执行下去。这个问题是使用DS182进行0硬件连接跟程序设计时必须要重视的。

第四章软件设计

4.1系统软件的整体结构

周期采集AD通道中的模拟量是一个重要的环节，它包含在温度控制系统应用程序设计的主要过程中以及计算机控制系统的主要流程中，通过比较采样值与给定量，它们的差值由控制算法进行数据处理，处理后再经过数模变换将数字信号变为模拟控制信号输出到执行机构，从而实现对被控对象的控制。图4.1显示的是计算机控制系统基本框图。[10]

图4.1 计算机控制系统基本框图

当前，在计算机控制系统中最常见的控制算法有三种，分别是模糊控制，PID控制，神经网络算法等。传统的PID控制广泛地应用于工业过程控制，并过调整PID 控制器的参数k、Ki、‰，取得了良好的效果，使其适应了各种不同的对象；近年来通过模仿人的思维而获得长足发展的模糊控制能够对一些复杂系统以及很难建立数学模型的系统现实了简单而有效的控制；而另一种神经网络算法是通过模拟图像的直觉思维的一种算法，具有很强的适应性，可以实现在类型分类和辨识非线性对象方面的功能的完善。

根据计算机控制系统的特点，毕业设计的温度控制系统主要实现以下功能：

(I)远程手动自动模式转换功能；

(2)归档AD和DA的数据，超过上下限发出报警指示。

(完整版)基于STM32的温湿度监测..

《物联网工程设计与实施》项目设计 项目课题：基于STM32的温湿度检测 院系：计算机科学与技术学院 专业：物联网工程 项目经理：于渊学号：123921043 副经理：谢金光学号：123921024 项目成员：李周恒学号：123921002 项目成员：袁桃学号： 123921048 项目成员：颉涛学号： 123921054 项目成员肖青学号： 123921025 项目成员冯锦荣学号： 123921011 项目成员唐敏学号： 123921023

指导教师： 2014 年 12月

目录 摘要 (5) Absract (7) 一．设计目标 (9) 二．设计方案 (9) 三．实验所需器材 (9) 四．设计内容 (9) 4.1 STM32模块 (9) 4.2 AM2302介绍 (11) 4.2.1 产品概述 (11) 4.2.2 应用范围 (12) 4.2.3 产品亮点 (12) 4.2.4 单总线接口定义 (12) 4.2.5 传感器性能 (13) 4.2.6 单总线通信 (14) 4.3 Nokia 5110 介绍 (15) 4.3.1 SPI接口时序写数据/命令 (15) 4.3.2 显示汉字 (16) 4.3.4 显示图形 (16) 4.4 原理图设计 (16) 4.5 PCB板设计 (17) 五．实验软件设计 (18) 5.1 温湿度传感器DHT22的程序 (18) 5.2 湿度显示函数 (21) 5.3主函数程序 (23) 5.3.1显屏程序 (23) 六．作品实物展示 (32) 七．设计总结 (33)

基于STM 32 的温湿度检测 摘要 随着现代社会的高速发展，越来越多的科学技术被应用于农业生产领域。在温室大棚中对温湿度、二氧化碳浓度等外部参数的实时准确的测量和调节更是保证农业高效生产的重要前提。本次课程设计中实现了一个基于STM32F103VET6的智能温湿度检测系统，目的是实现温湿度的采集和显示，温湿度的采集是作为自动化科学中一个必须掌握的检测技术，也是一项比较实用的技术。本次实验主要作了如下几个方面工作：首先通过对实时性、准确性、经济性和可扩展性等四个方向的分析比较之后，选择了STM32F103VE微控制器作为主控芯片和AM2303温湿度传感器来实现对温湿度数据进行采集；在Nokia5110显示屏上显示出温度和湿度，然后详细介绍了各个模块的工作原理和硬件电路设计思路，实现了温湿度数据实时准确的测量；之后阐述了系统各个部分的软件设计思路；最后对系统在实际应用中采集到的数据进行了处理，分析了误差产生的原因，并通过分段线性插值算法对系统非线性误差进行了校准，同未校准时采集的数据相比，校准后的数据准确度更高，稳定性更好。在保证测量效果的基础上，本系统设计中充分考虑到性价比和再次开发周期性等，具有成本低、设计开发方便、通用性强等特点，不仅适用于现代农业生产中，还能用于其它工业控制、机械制造等其它领域，具有一定的市场推广价值。 【关键词】：嵌入式技术，电路设计，STM32，AM2302温湿度采集，Nokia5110 显示屏，程序设计

基于ARM嵌入式的视频监控系统

毕业设计（论文） 课题名称基于ARM嵌入式远程视频监 控系统 学生姓名蔡明俊 学号 0815022114 专业通信工程 班级 08通信本1班 指导教师张洪涛教授 2012 年 5月

The Remote Video Surveilance Based On ARM Embedded System By Samuel Cai June 2012

毕业设计（论文）任务书 系部电气信息系指导教师张洪涛职称教授 学生姓名蔡明俊专业班级通信工程（一）学号0815022114 论文题目基于ARM嵌入式远程视频监控系统 论文内容目标及进度要求论文要求： 基于Linux平台的ARM系统的实现；通过内核移植与软件移植实现视频信号的采集和压缩，基于TCP/IP技术的视频的网络传输。 论文要求完成远程视频实时监控实例，并描述开发过程。 进度安排： 2012.1.11 布置毕业论文，选定毕业论文题目《基于ARM嵌入式远程 视频监控系统》 2012.1.12-02.28 收集资料, 资料来源主要来自图书馆、校园网电子图书期刊资料,撰写主要参考文献的摘要，翻译外文参考资料。2012.3.1-7 撰写开题报告 2012.2-3月修改开题报告和论文提纲，开题报告定稿 2012.3-4月撰写论文初稿 2012.5.1-9 上交毕业论文初稿,指导老师检查论文初稿,提出修改意见2012.5.10-20 修改论文初稿，完成并上交毕业论文二稿 2012.5.21-30 修改论文二稿，完成并上交毕业论文三稿 2012.5.31 完成论文定稿并打印装订 2012.6.上旬论文答辩 指导教师签名：张洪涛 年月日 系部审核

基于51单片机的温度控制系统

创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王*

毕业论文设计 基于51单片机的温度控制系统

摘要 在日常生活中温度在我们身边无时不在，温度的控制和应用在各个领域都有重要的作用。很多行业中都有大量的用电加热设备，和温度控制设备，如用于报警的温度自动报警系统，热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，这些都采用单片机技术，利用单片机语言程序对它们进行控制。而单片机技术具有控制和操作使用方便、结构简单便于修改和维护、灵活性大且具有一定的智能性等特 点，可以精确的控 制技术标准，提高了温控指标，也大大的提高了产品的质量和性能。 由于单片机技术的优点突出，智能化温度控制技术正被广泛地采用。本文介绍了基于单片机AT89C51 的温度控制系统的设计方案与软硬件实现。采用温度传感器DS18B20 采集温度数据，7段数码管显示温度数据，按键设置温度上下限，当温度低于设定的下限时，点亮绿色发光二极管，当温度高于设定的上限时，点亮红色发光二极管。给出了系统总体框架、程序流程图和Protel 原理图，并在硬件平台上实现了所设计功能。 关键词：单片机温度控制系统温度传感器

Abstract In daily life, the temperature in our side the ever-present, the control of the temperature and the application in various fields all have important role. Many industry there are a large number of electric heating equipment, and the temperature control equipment, such as used for alarm automatic temperature alarm systems, heat treatment furnace, used to melt metal crucible resistance furnace, and all kinds of different USES of temperature box and so on, these using single chip microcomputer, using single chip computer language program to control them. And single-chip microcomputer technology has control and convenient in operation, easy to modify and maintenance of simple structure, flexibility is large and has some of the intelligence and other characteristics, we can accurately control technology standard to improve the temperature control index, also greatly improve the quality of the products and performance. Because of the advantages of the single chip microcomputer intelligent temperature control technology outstanding, is being widely adopted. This paper introduces the temperature control based on single chip microcomputer AT89C51 design scheme of the system and the hardware and software implementation. The temperature sensor DS18B20 collection temperature data, 7 period of digital pipe display, the upper and lower limits of temperature button when temperature below the setting of the lower limit, light green leds, when the temperature is higher than the set on the limit, light red leds. Given the system framework and program flow chart and principle chart, and in Protel hardware platform to realize the function of the design. Keywords：SCM Temperature control system Temperature sensors

基于ARM的嵌入式数据库研究与实现

基于ARM的嵌入式数据库研究与实现 陆俊，张佳，刘宏 （湖南师范大学 数学与计算机科学学院， 湖南 长沙 410081） email:lu_jun6@https://www.sodocs.net/doc/6c9361551.html, 摘 要：ARM与uCLinux是当前非常流行的嵌入式系统组合，SQLite作为嵌入式数据库中的佼佼者，三者的结合，为各自带来了新的发展空间。针对SQLite运用于嵌入式系统所产生的技术问题，提出了较为详实的解决方案。 关键词：嵌入式数据库；ARM；S3C44B0X；uClinux；SQLite；SkyEye 1．引言 32位ARM嵌入式微处理器具有高性能、低功耗的特性，已被广泛应用于消费电子产品、无线通信和网络通信等领域[1]。uClinux是专门为没有内存管理单元MMU的微处理器设计的Linux的衍生嵌入式操作系统，内核较常规Linux小但保留了其绝大多数优点[2]。目前国内外采用ARM-uClinux作为嵌入式系统非常普遍。 SQLite是用C语言编写的开源嵌入式数据库引擎，占用资源非常低，在嵌入式设备中，只需要几百K的内存就够了。它能够支持Windows/Linux等主流操作系统，可与TCL、PHP、Java等程序语言相结合，提供ODBC接口，其处理速度甚至令开源世界著名的数据库管理系统Mysql、PostgreSQL望尘莫及[3]。 本文给出了在一款ARM嵌入式微处理器S3C44BOX上移植uClinux及实现SQLite的具体过程，并简要介绍了硬件模拟平台SkyEye。 2．基于S3C44B0X的uClinux的移植 S3C44B0X是三星公司推出的一款基于ARM7TDMI核的16/32位RISC的嵌入式微处理器，它低功耗、高性能的设计，极其适合于对成本和功耗要求较高的应用场合。 2.1 引导程序BLOB的移植 BootLoader是嵌入式系统软件开发的第一个环节，它紧密地将软硬件衔接在一起，对于一个嵌入式设备后续的软件开发至关重要。BootLoader引导程序 最基本的功能是完成CPU和存储器的硬件初始化(包括CPU的主频、SDRAM、中断、串口等) 和内核启动参数的设置并启动内核等。BLOB(Boot Loader Object)作为一款功能强大、使用方便、可移植性好的开源BootLoader，而成为S3C44B0X开发板上非常适合uClinux的Bootloader。 (1) 在宿主机上搭建交叉编译环境 编译内核与文件系统之前需要建立交叉编译环境。从http:// www. https://www.sodocs.net/doc/6c9361551.html,/下载 arm-elf-tools安装在Linux宿主机上的/usr/local/bin 目录下,建立Linux机器上ARM的交叉编译环境。BLOB和uClinux 即在此环境下编译。 (2) 下载适当的BLOB版本并安装 从https://www.sodocs.net/doc/6c9361551.html,/tpu/下载blob-mba44b0.tgz。这个blob-mba44b0.tgz是为一个叫mba44b0的开发板移植的BLOB，mba44b0也使用S3C44B0 作为其处理单元，所以这个 1

基于单片机的温控器

天津理工大学 课程设计报告 题目：基于单片机的温控器设计 学生姓名李天辉学号 20101009 届 2013 班级电气4班 指导教师专业电气工程及其自动化

说明 1. 课程设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中 任务书、指导书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书顺序装订成册。 2. 学生根据指导教师下达的任务书、指导书完成课程设计工作。 3. 设计报告内容建议主要包括：概述、系统工作原理、系统组成、设计内容、小结和参考资料。 4. 设计报告字数应在3000-4000字，采用电子绘图、采用小四号宋 体、1.25倍行距。 5.课程设计成绩由平时表现（30%）、设计报告（30%）和提问成绩（40%） 组成。

课程设计任务书、指导书 课程设计题目： Ⅰ.课程设计任务书 一、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作量） 当今社会，温控器已经广泛应用于电冰箱、空调和电热毯等领域中。其优点是控制精度高，稳定性好，速度快自动化程度高，温度和风速全自动控制，操作简单可靠，对执行器要求低，故障率低，效果好。目前国内外生产厂家正在研究开发第三代智能型室温空调温控器，应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。现在已有国内厂家生产出了智能型室温空调温控器，并已应用于实际工程。 本课程设计要求设计温度控制系统，主要由温度数据采集、温度控制、按键和显示、通讯等部分组成。温度采集采用NTC或PTC热敏电阻（或由电位器模拟）或集成温度传感器、集成运算放大器构成的信号调理电路、AD转换器组成。温控部分采用交流开关BT136通过改变导通角进行调压限流达到控制加热丝温度的目的。 温度控制算法采用PID控制，可以采用普通PID或模糊PID。对控制PID参数进行整定，进行MATLAB仿真，说明控制效果。进行程序编制。 设计通讯协议，并能够通过RS485总线将数据传回上位机。2．课程设计的要求 1、选择相应元器件设计温度控制系统原理图并绘制PCB版图。 2、进行PID控制算法仿真，设计PID参数，或模糊PID规则。 3、系统功能要求：a要能够显示实时温度；b能够进行温度设置；c 能够进行PID参数设定；d能够把数据传回上位机；e可以设定本机地址。F温度控制范围0~99.9度。 4、编制程序并调试通过，并有程序流程图。

基于ARM9的嵌入式Linux网络通信系统设计与实现

基于ARM9的嵌入式Linux网络通信 系统设计与实现

随着计算机技术的发展,嵌入式系统已经成为计算机领域的一个重要组成部分。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一,是信息流通的重要渠道,如何让嵌入式设备连接到Internet上,和其他通信系统进行信息交换是当前嵌入式技术领域研究的热点所在。本文结合实际应用需求,详细研究实现了一种基于S3C2410平台和Linux操作系统的嵌入式网络通信系统。 1.嵌入式网络通信系统总体设计 经过大量的资料收集比较,深入地研究分析并结合现有的实验条件,我们对系统的体系结构、硬件平台和软件系统做出了以下选择: 1)目前嵌入式CPU很多,选择哪款CPU要根据自己产品的实际需要。一般而言,首先应尽量选择系统集成度高、外围电路简洁的CPU;其次,还应综合考察CPU的各项性能指标;最后,还应该考虑软硬件开发环境的建立、厂家的货源以及代理的软件支持力度。经过比较, 本设计采用三星的S3C2410微处理器。这是一款高性价比、低功耗、高集成度的CPU,基于ARM920T内核,主频最高为203MHz,专为手持设备和网络应用而设计,能满足嵌入式系统中的低成本、低功耗、高性能、小体积的要求。 图1为硬件平台的总体设计[ 1 ] 。CPU S3C2410模块是开发板的核心部件。S3C2410 在包含ARM920T核的同时,增加了丰富的外围资源,主要包括1个LCD 控制器,支持STN 和TFT液晶显示屏; 3个通道UART; 4个通道DMA; 4个具有PWM功能的16位定时/计数器和1个16位内部定时器, 支持外部时钟源; 8通道10位ADC,最高速率可达500kB / s;触摸屏、IIS总线、SD 卡和MMC卡接口;117位通用I/O口和24位外部中断源。存储系统包括64MB的NAND Flash存储器模块和SDRAM存储器模块; Flash用于存放嵌入式操作系统、应用程序和用户数据等,并作嵌入式文件系统; SDRAM作为系统运行时的主要区域,用于存放系统及用户数据。通信模块包括串口和以太网接口模块;以太网接口为系统提供以太网接入的物理通道, UART接口则通过RS232可以和宿主机做串口通讯。JTAG调试接口用于系统的嵌入式调试。扩展总线扩展出了系统总线供今后继续开发使用。 图1 硬件平台结构框图

《基于单片机的温度控制系统的设计》

序号（学号）：040930727 长春大学光华学院 毕业设计（论文） 姓名魏明岩 系别 专业 班级0409307 指导教师马春龙 年月日

目录 摘要 (1) 第一章前言 (3) 1.1课题背景和意义 (3) 1.2温度控制系统的使用 (3) 1.3毕业设计任务 (4) 第二章系统方案 (5) 2.1水温控制系统设计任务和要求 (5) 2.2水温控制系统部分 (5) 2.3控制方式 (7) 第三章系统硬件设计 (8) 3.1总体设计框图及说明 (8) 3.2外部电路设计 (8) 3.3单片机系统电路设计 (9) 第四章系统软件设计和调试 (13) 4.1 程序框架结构 (13) 4.2程序流程图及部分程序 (13) 4.3 系统安装调试和测试 (17) 第五章结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20) 附件1（程序代码） (20) 附件2（电路原理图） (27)

基于单片机的水温控制系统 【摘要】温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的影响，使得控制性能难以提高，有些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。为了实现高精度的水温测量和控制，本文介绍了一种以Atmel公司的低功耗高性能CMOS单片机为核心，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现的水温控制系统，其硬件电路还包括温度采集、温度控制、温度显示、键盘输入以及RS232接口等电路。该系统可实现对温度的测量，并能根据设定值对温度进行调节，实现控温的目的。 【关键词】单片机AT89C51；温度控制；温度传感器PT1000；PID 调节算法 The summary: Temperature is the main control of industrial control of parameters,In temperature control, due to temperature controlled object properties (such as inertia big, big, lagging effect of nonlinear, etc.), to improve performance, some process temperature control of its direct impact on the quality of the product, and designed a kind of ideal temperature control system is a very valuable.In order to realize high precision temperature measurement and control, this paper introduces a meter taking Atmel company low-power high-performance CMOS chip as the core, and the PID control algorithm with PID parameters combination of control method to realize the temperature control system, the hardware circuit including temperature, temperature

基于ARM的嵌入式TCPip协议的实现

基于ARM的嵌入式TCP／IP协议的实现 该系统可以将数据按网络协议处理，实现数据的以太网传输。其是一套基于嵌入式实时操作系统的嵌入式网络软件开发平台，即在μC／OS—II的平台上，实现ARM微处理器的TCP／IP协议，在此平台之上，可以方便地进行嵌入式应用系统的开发。 0 引言 以太网具有通用性强、技术成熟、带宽迅速增加等特性，工业控制领域出现嵌入式技术，尤其是ARM技术的发展和DSP在工业控制领域的广泛应用，利用嵌入式技术实现以太网通信已经不难见到。嵌入式实时操作系统接入网络后将使远程监测、远程控制、远程诊断和远程维护变得越来越容易。从根本上讲，嵌入式设备接入网络，当前基本采用基于TCP／IP的通信协议。该方案以LPC2210为核心元件研究基于ARM的嵌入式TCP／IP协议的实现的硬件电路，同时在μC／OS一Ⅱ平台上编写应用软件程序。下面对系统做详实的阐述，并重点介绍嵌入式实时操作系统μC／OS—II应用于TCP／IP时应进行合理的裁减。 1 系统硬件设计 基于ARM的嵌入式TCP／IP网络通信系统主要包括ARM芯片和以太网控制器等芯片组成的以太网接口、驱动软件和嵌入式TCP／IP 协议栈。硬件原理图如图1所示。

该方案设计相对简单，硬件电路中采用的LPC2210是Philips 公司推出的微处理器，带有16 KBRAM，76个通用I／O口，12个独立外部中断引脚，集成有8通道的10位A／D，能够基于芯片设计复杂的系统。虽然LPC2210具有较快的访问速度，但片内没有集成FLASH，所以这里扩展1片16 Mb FLASH SST39VFl60来保存用户程序。其架构满足μC／OS—II正常运行的基本要求。 RTL8019AS是台湾Realtek半导体公司生产的以太网控制器，其性能包括：支持EthernetII和IEEE802．3标准；支持8／16位数据总线；内置16 KWord的SRAM；全双工，收发同时达到10 Mb／s；支持BNC，AUI，UTP介质。RTLS019AS可提供100脚的TQFP封装，减少了PCB面积，更适合于嵌入式系统。HR901170A是汉仁电子有限公司生产的RJ45接口连接器(带网络变压器／滤波器)，该连接器满足IEEES02．3和IEEE902．3ab标准，能够较好地抑制电磁干扰。通过HR901170A系统就可以连接到以太网上。

基于单片机的温度控制器附程序代码

生产实习报告书 报告名称基于单片机的温度控制系统设计姓名 学号0138、0140、0141 院、系、部计算机与通信工程学院 专业信息工程10-01 指导教师 2013年 9 月 1日

目录 1.引言.................................. 错误!未定义书签。 2.设计要求.............................. 错误!未定义书签。 3.设计思路.............................. 错误!未定义书签。 4.方案论证.............................. 错误!未定义书签。方案一................................................. 错误!未定义书签。方案二................................................. 错误!未定义书签。 5.工作原理.............................. 错误!未定义书签。 6.硬件设计.............................. 错误!未定义书签。单片机模块............................................. 错误!未定义书签。 数字温度传感器模块 .................................... 错误!未定义书签。 DS18B20性能......................................... 错误!未定义书签。 DS18B20外形及引脚说明............................... 错误!未定义书签。 DS18B20接线原理图................................... 错误!未定义书签。按键模块............................................... 错误!未定义书签。声光报警模块........................................... 错误!未定义书签。数码管显示模块......................................... 错误!未定义书签。 7.程序设计.............................. 错误!未定义书签。主程序模块............................................. 错误!未定义书签。 读温度值模块.......................................... 错误!未定义书签。 读温度值模块流程图： ................................. 错误!未定义书签。

基于ARM的嵌入式Web服务器设计

题目：基于ARM的嵌入式Web服务器设计与实现 学号：1308010139 姓名：吴明川 班级：1308010139 专业：计算机科学与技术 课程老师：孔军 二零一六年五月

摘要 随着计算机、网络通信和Internet 技术的飞速发展和不断进步，嵌入式系统在家庭和工业应用越来越广泛。如何将嵌入式系统和工业控制系统接入Internet，综合利用嵌入式系统资源，实现嵌入式系统的远程管理和控制，已成为倍受关注的研究课题，而实现嵌入式系统的网络化则成为嵌入式系统的发展趋势。 网络通信时，应用程序使用C/S（客户/服务器）模式进行信息交互。传统的服务器程序一般运行在大型的拥有高级操作系统的服务器的计算机上，这样服务器软件需要强大的硬件和系统软件支持。嵌入式网络服务器是利用嵌入式系统实现服务器的软件和硬件功能，是嵌入式技术和网络技术相结合的产物。与传统服务器相比，嵌入式Web服务器具有结构简单、体积小、可靠性强以及方便灵活等特点。这些让它具有很大的发展潜力。另一方面，嵌入式Web服务器与传统的web服务器相比，也受到一些限制。传统的Web服务器主要用于处理较大的客户量的同时并发访问，硬件方面有强大的处理器和内存支持，软件方面有商业数据库支持，而嵌入式Web服务器的处理能力和存储容量都有限，这就要求嵌入式Web服务器在设计过程中需要尽量合理利用资源。 将嵌入式技术与Web 技术相结合，已成为目前嵌入式系统的一个重要发展方向和必然趋势。利用源代码开放的uClinux 为操作系统平台，实现了以ARM 微处理器为核心的嵌入式Web 服务器，在分析了嵌入式Web 服务器的体系结构后，给出了系统的硬件结构组成和软件设计。对Web 服务器的测试结果表明，该服务器运行稳定、控制方便，将在智能家居、远程数据采集、工业控制等领域有着广泛的应用前景。 关键词：网络通信；嵌入式系统；ARM处理器；uClinux；Boa服务器；

基于单片机的温度控制系统设计报告

智能仪器仪表综合实训 题目基于单片机的温度控制系统设计 学院 专业电子信息工程 班级 (仪器仪表) 学生姓名 学号 指导教师 完成时间:

目录 一、系统设计---------------------------------------------------------第 1 页 （一）系统总体设计方案----------------------------------------------第1 页（二）温度信号采集电路选择和数据处理--------------------------------第3 页（三）软件设计------------------------------------------------------第3 页二、单元电路设计-----------------------------------------------------第 5 页 （一）温度信号采集电路----------------------------------------------第5 页（二）步进电机电路------------------------------------------------- 第5 页（三）液晶显示模块---------------------------------------------------------- 第6 页（四）晶振复位电路--------------------------------------------------第7 页三、总结体会--------------------------------------------------------------------------------------第7 页 四、参考文献-------------------------------------------第8 页附录：程序清单------------------------------------------第8 页

基于STM32温控风扇设计

齐齐哈尔大学 综合实践（论文） 题目基于STM32的温控风扇 学院通信与电子工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师朱磊

摘要：随着科技的日新月异，智能家居逐渐走入普通家庭，风扇作为基本的家用电器也将成为智能家居的一部分。这里介绍的是以STM32单片机为控制单元并结合嵌入式技术设计的一款具有温控调速、液晶显示温度等信息的智能电风扇。经过前期设计、制作和最终的测试得出，该风扇电源稳定性好，操作方便，运行可靠，功能强大，价格低廉，节约能耗，能够满足用户多元化的需求。该风扇具有的人性化设计和低廉的价格很适合普通用户家庭使用。 关键词：STM32单片机电风扇温控调速

目录 摘要............................................................................. 错误！未定义书签。 第1章绪论 (1) 1.1 概述............................................................ 错误！未定义书签。 1.2 设计目的及应用 (1) 第2章温控电风扇方案论证 (2) 2.1 温度传感器的选择 (2) 2.2 控制核心的选择 (2) 2.3 显示电路的选择 (3) 2.4 调速方式的选择 (3) 第3章温控电风扇硬件设计 (5) 3.1 硬件系统总体设计 (5) 3.2 本系统各器件简介 (5) 3.2.1 DS18B20简介 (5) 3.2.2 STM32简介 (7) 3.2.3 LCD1602液晶屏简介 (8) 3.3 各部分电路设计 (9) 3.3.1 温度传感器的电路 (9) 3.3.2 LCD1602液晶屏显示电路 (10) 第4章温控电风扇软件设计 (11) 4.1 软件系统总体设计 (11) 4.2 系统初始化程序设计 (11) 4.3 温度采集与显示程序设计..................... 1错误！未定义书签。结论 (14) 参考文献 (15) 附录1 (16) 附录2 (25)

嵌入式Modbus-TCP网关的设计与实现

嵌入式Modbus/TCP网关的设计与实现 摘要：设计并实现了一种基于嵌入式系统的Modbus/TCP协议转换网关，允许用户通过以太网对Modbus现场总线设备进行监控，实现了以太网与现场总线的互联。测试结果表明该网关工作稳定可靠。对工业以太网与现场总线互联的深入应用具有较高的参考价值和实际意义。关键词： Modbus/TCP; 现场总线; 网关 随着企业信息化进程的深入发展，实现企业上层的管理网络与现场控制网络的无缝连接显得越来越重要。基于质量分析的生产管理、与安全相关的测试监控都要求现场的仪器仪表能对现场的信息进行处理并能及时被上级监控和管理网络访问与控制，最终纳入到企业信息管理系统统一的框架中。目前，构成底层控制网络的现场总线技术已获得了广泛的应用。多种现场总线标准并存而相互间无法兼容的问题一直困扰着工业界。将工业以太网应用到现场控制网络已成为当前研究的热点和未来发展的趋势。如何使这种网络结构与工业以太网技术相结合，实现底层生产与上层管理的紧密集成是当前研究的热点。1 Modbus协议及网关拓扑结构 Modbus现场总线协议是Modicon公司于1978年提出的一种现场总线协议[1]。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间可以进行通信。该协议内容可以免费获得，因此Modbus的串行链路版本在市场上长期占有主导地位。大量的产品已直接运行或兼容Modbus串行链路版本。 Modbus/TCP工业以太网协议是1999年被开发的Modbus 协议的另一版本[2]，允许用户通过以太网访问设备。协议的开放性及简单易学，使它比很多受商业利益驱使的协议取得更快的发展，受到众多第三方产品厂商、终端用户、系统集成商的广泛支持[3]。本文设计和实现了一种嵌入式协议转换网关，通过Modbus/TCP协议将传统的串行链路通信的Modbus现场总线与以太网相连。用户经由以太网对Modbus设备进行数据采集并对Modbus设备进行远程访问和控制。同时网关还提供Web服务功能，允许通过Web 浏览器直接配置网关的IP地址等信息并保存到网关的非易失性存储器中。图1是嵌入式Modbus/TCP网关的连接示意图。 2 网关总体设计网关选用了ATMEL公司生产的AT91RM9200高性能32位工业级嵌入式微处理器作为网关硬件系统的核心。网关的软件系统将移植μC/OS-II嵌入式实时操作系统和实现TCP/IP协议栈，并在此基础上设计应用层程序。网关的总体设计结构如图2。网关的设计方案将采用开放源代码的嵌入式操作系统和TCP/IP协议栈，因此在取得较高性价比的基础上可取得最佳的扩展性。 3 硬件设计 AT91RM9200是著名半导体厂商ATMEL力推的一款基于ARM920T内核的工业级嵌入式微处理器，为最大功能、最低功耗、最低成本的嵌入式系统提供了一个完整的解决方案[4]，它除具备ARM微处理器传统优势以外，其性能、可靠性和扩展性都大大超过普通的商业级ARM7核心的嵌入式微处理器。硬件系统的结构如图3。 4 软件系统设计嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中使用越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈来愈重要[5]。网关采用了μC/OS-II实时操作系统。μC/OS-II实时操作系统是专门为嵌入式应用设计的，除了与CPU硬件相关部分是用汇编语言编写外，其他绝大部分代码用C语言编写。μC/OS-II具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良、可靠性高、可扩展性强和移植性好等特点[6]。选择合适的ARM处理器的开发工具可以加快嵌入式系统的开发进度、节约成本、提高效率。CodeWarrior for ARM Developer Suite V1.2集成开发环境是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具，网关的所有程序代码均在此集成开发环境中编译、链接、调试。4.1 μC/OS-II初始化程序设计μC/OS-II操作系统运行前需要对硬件系统的片内和片外存储器、系统堆栈等进行初始化。这些工作与硬件系统相关，难以用C语言实现，需要用汇编语言实现。系统在执行完初始化

基于单片机的温度控制系统设计

湖南科技大学潇湘学院 毕业设计（论文） 题目单片机温度控制系统 作者 系部信息与电气工程系 专业电气工程及其自动化 学号 指导教师 二〇一年月日

湖南科技大学学院 毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程系电气工程及其自动化教研室 教研室主任:（签名）年月日 学生姓名: 学号: 专业: 电气工程及其自动化 1 设计（论文）题目及专题：单片机温度控制系统 2 学生设计（论文）时间：自年月日开始至年月日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： (1)单片机温度控制系统流程图(2)单片机程序设计基础 (3) protel se 99软件(4) 单片机使用接口技术 (5) 单片机程序设计基础(6)网上有关技术资料 4 设计（论文）应完成的主要内容： (1) 基于单片机温度控制系统的发展及应用 (2) 单片机温度控制系统设计包含的基本内容 (3) 单片机温度控制系统技术 (4) 单片机温度控制系统实现 (5) 全文总结 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： (1) 程序。要求：编译通过，基本能运行。 (2) 毕业论文。要求：正确，规范，通顺。 (3) 可供发表的研究论文（可选）。要求：规范，新意 均需提交电子版和纸质版。 6 发题时间：年月日 指导教师：（签名） 学生：（签名）

湖南科技大学学院 毕业设计（论文）指导人评语 指导人：（签名） 年月日指导人评定成绩：

湖南科技大学学院 毕业设计（论文）评阅人评语 评阅人：（签名） 年月日评阅人评定成绩：

湖南科技大学学院 毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生：学号：班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书共页 2 设计（论文）图纸共页 3 指导人、评阅人评语共页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： 答辩委员会主任：（签名） 委员：（签名） （签名） （签名） （签名）答辩成绩： 总评成绩：

基于stm32温湿度监控装置设计(1)

王江红（1993-），男，云南曲靖人，汉族，学生，在读本科，所学专业通信工程 基于stm32的温湿度监控系统设计 王江红胡湘娟阳泳 邵阳学院信息工程系湖南邵阳422004 摘要：温湿度的监测对于当前控制室内环境，改善室内环境起着重要的作用，为了提高室内用户的舒适度，一般都会对室内的温湿度进行监控，通过监测温湿度的变化情况来确定下一步的动作，例如在温室中严格监控室内温度，使得温室内的植物能到最合适的生存环境。本文就基于stm32的温湿度监控系统设计问题进行了全面分析，通过其有效的提高温度的时效性管理意义重大。 关键字：stm32；温湿度；ucosII系统；监控系统设计 此次的基于STM32的温湿度监控系统设计主要是32位的单片机为主控芯片，DHT11为温湿度监测装置，搭载的是ucosII操作系统，显示设备为主控ITL9438的彩屏，通过DHT11采集的信息对经过单片机的内部程序的处理，将其以数字的形式显示在彩屏上，并且同时根据单片机内部的温度设定值进行相应的动作，实现的室内温湿度的智能控制。 1、温湿度监控系统设计 1.1、温湿度监控系统硬件设计 系统主控芯片为Stm32F103ZET6，除了必须的Stm32单片机正常的驱动的电路之外，彩屏为使用的是已经做成模块的ITL9438彩屏，而采集模块则是使用的DHT11，如图所示为使用的DHT11的引脚图，可得知只要通过采集Dout引脚的输出的电平变化，查看数据手册，根据DHT11的时序图写出相应的驱动程序，驱动DHT11温湿度传感器。彩屏的程序可以直接使用的屏幕厂家写好的程序，移植到Stm32上既可，而通过将Dout引脚上的高低电平变化，进行相应的数据处理可以将温湿度数据已数字的形式显现在彩屏上，通过内部的程序根据比较当前的温湿度值与设定的参数值进行比较，使得进行下一步的温湿度调节动作，通过向外部电路发送信号，例如温度高了，打开排风机降低室内的温度等措施优先对温度的控制，这与空调的原理类似，但是系统比空调电路简捷的多。 DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。DHT11的数据格式为：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。其中校验和数据为前四个字节相加，传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据(湿度、 温度、整数、小数)之间应该分开处理。 1.2、温湿度监控系统软件设计 此次的温湿度监控系统软件设计主要实在keil4中完成，操作系统为UCOSII，将UCOSII系统移植到当前单片机上，并且建立相应的任务堆栈，通过调用任务堆栈的形式实现的对系统运行，将DHT11的Dout引脚与PG11连接，PG11引脚设置的为输入模式，用于采集Dout引脚的电平变化。开机的时候先检测是否有DHT11存在，如果没有，则提示错误。只有在检测到DHT11之后才开始读取温湿度值，并显示在LCD上，如果发现了DHT11，则程序每隔100ms左右读取一次数据，并把温湿度显示在LCD上。同时会使用一个LED来指示程序运行状况。 温湿度监控系统的软件设计主要分为的LED驱动程序、LCD驱动程序、DHT11驱动程

嵌入式 基于ARM9的以太网接口设计

基于ARM9的以太网接口设计 1课题研究背景 嵌入式系统是以应用为中心和以计算机为基础的，并且软硬件是可裁剪的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。随着微电子技术和计算机技术的发展，嵌入式技术得到广阔的发展，已成为现代工业控制、通信类和消费类产品发展的方向。 以太网最典型的应用时以太网和TCP/IP，即灵活的以太网底层加上已经成为通用标准的网路传输协议TCP/IP，使得以太网能够非常容易地集成到以Internet和Web技术为代表的信息中。以太网在实时操作、可靠传输、标准统一等方面的卓越性能及其便于安装、维护简单、不受通信距离限制等优点，已经被国内外很多监控、控制领域的研究人员广泛关注，并在实际应用中展露出显著的优势。 随着嵌入式系统和网路技术的兴起已经飞速发展，使系统的通信有了更好的传输方式——系统通过连接以太网，借助以太网网路通信，成为一个切实可行的办法。 2 网络基础知识 计算机网络概述 计算机网路是由多种计算机和终端设备通过通信线路连接起来的复合系统。并建立了OSI参考模型。如图1所示：

图1 OSI参考模型 OSI模型中的前2层作为软硬件来实现的，后5层则作为软件来实现的。参考模型中低层主要用于处理数据的传输，高层则负责连接的建立和数据的表示。 以太网技术概述 以太网是指数字设备公司、英特尔公司和Xerox公司联合在1982年公布的一个标准，具有传输速率高、网路软件丰富、系统功能强、安装连接简单等很多优点。以太网遵守IEEE802.3网络标准。以太网系统有硬件和软件两部分组成，二者共同实现以太网系统各计算机之间传输信息和共享信息。以太网系统具有介质访问控制协议、接口部件、物理介质、帧传输四个基本要素。 3、嵌入式系统基础知识 嵌入式系统技术的发展、特点及发展趋势 20世纪70年代，以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉。高可靠性特点，迅速进入市场，基于高速数值计算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了各个领域的专业人士的兴趣。为了区别原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称为嵌入式计算机系统。嵌入性、专用性与计算机系统是嵌入式的三个基本要素。 本文介绍了一个基于三星ARM9芯片S3C2440嵌入式系统的以太网接口电路设计方案，采用了工业级以太网控制器DM9000AE成功实现了嵌入式系统网