基于STM32F103的网络温度报警器-物联网.docx

基于STM32F103的网络温度报警器设计作品名：基于STM"FI(B的网络温度报警器设计陈华健贾从含时间:2023年6月P日目录：L引言12利用普通二极管PN结测试环境温度原理24 .UC/0S系球植65 文件系统的移植与文件系统根本函数的功能166IS'C=ck*'tI7!JtJfjA.*+*+*B*+»>*+*+*+*E+,B*+,*,*.*+*,.*+*,*,+*.*21 .引言近年来随着科技的飞速开展，嵌入式的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的嵌入式应用系统中，嵌入式往往作为一个核心部件来使用，仅嵌入式方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。本系统使用STM32F103实现了接收由上位机通过TCP协议发出的温度报警阈值信号，并存于SD片卡中.单片机利用普通二极管的PN结测试环境温度，每30s采集一次,将采集到的温度信息补充上时间时、分、秒、毫秒标注存储在存储芯片中。并将报警时的温度值与当前时间的温度进行比拟，当前温度大于阀值温度时，通过发光二极管或蜂鸣器报警。上位机通过TCP,向单片机发送"ReacUnfo.命令后，单片机能将SD卡中存储的所有数据发到PC机的串口助手中；数据格式美观、易懂。本系统采用普通二极管PN节的温度特性来测量环境温度不失为一种低本钱而又容易实现的环境温度测量方式.使用STM32自带的ADC模块进/降低了本钱和设计难度.采用大容量存储芯片可以长时采集环境数据,并且在采集到的温度补充上时间信息使数据更加可信，同时移植了文件系统方便文件在WlNDOWS下的读取和处理.本系统采用了无线传输的方式配合可靠的电源设备或太阳能设备可以在室外持续的传输回温度信息或其他的气象数据需配适宜当的传感器，减少了人工本钱，并且更加适应于野外大规模投放接点.2利用普通二极管PN结测试环境温度原理.温度是表示物体或环境冷热程度的一种物理量,而温度传感器是一种能将温度变化转换成电量变化的元器件。由于二极管制造工艺的特殊性，我们可以利用二极管的伏安特性来测量环境的温度，它的伏安特性如下列图众所周知，将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，即所谓的二极管。由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极，如下列图所示温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加IC,正向压降减小约2mV,因此可以使用这一特性来测量环境温度.由半导体理论可以得出，PN结所加端电压U与流过它的电流i的关系为：其中，Is为反向饱和电流,对于硅材料来说,Is约为IOpA;q为电子的电量,q=1.6*10的-9次方库伦；k是玻耳茨曼常数，k=1.38*10的-23次方J/K;T为绝对温度，kT/q可以用UT来代替，常温下，即T=300K时，UT约为26mV.对于足够大的电压，二极管方程可以近似写成那么，二极管两端的电压可以推导出为：因此温度的公式为：3器件的选择和芯片的介绍本系统采用了ST公司和高性能微控制器-STM32F130ZET6该微控制器具有512KROM以及62KRAM足以满足该工程的需求.本系统使用到的模块有：ENC28J60模块，0.96'OLED模块，SD卡模块，以及2个无线模块和USB-TTL模块。为了满足这些模块的供电需求另外自己用洞洞板做了AMS1117的稳压模块，以及采用德州仪器公司的TPS7333稳压芯片制作了稳压模块为无线模块提供稳定可靠的电源使数据的发送和接收更加稳定.AMSlIl7系列稳压芯片有可调版与多种固定电压版，设计用于提供IA输出电流且工作压差可低至Ik在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V,并随负载电流的减小而逐渐降低.本系统采用的是输出3.3v的固定电压版本.电路图如下：TPS7333是由德州仪器公司研发生产的单通道线性稳压芯片具有单输出LDO.500mA,固定电压（3.3V）、集成SVS、低静态电流，性能十分稳定，输出电压纹波低。应用电路比拟简单，电路如下：4.UC/OS系统移植uCOS是一个微型的实时操作系统，包括了一个操作系统最根本的一些特性，如任务调度、任务通信、内存管理、中断管理、定时管理等。而且这是一个代码完全开放的实时操作系统，简单明了的结构和严谨的代码风格，非常适合初涉嵌入式操作系统的人士学习。很多人在学习STM32中，都想亲自移植一下uC/OS,而不是总是用别人己经移植好的。在我学习uC/OS的过程中，杳找了很多资料，也看过很多关于如何移植uC/OS到STM32处理器上的教程，但都不尽人意，主要是因为是时间比拟赶，无法静下心开好房学习，在一个月时间内完成STM32的学习以及UIP、文件系统的移植还是比拟辛苦和困难的。1 .首先需要从官网上下载UC/OS的源码，并且选择STM32F103ZET6,由于官方没有公布KEIL版本的工程只有IAR版本，所以需要进行一定的修改才可用于KEIL中。UC/OS的文件结构如下列图所示：2 .按照下列图的文件结构搭建uC/OS工程文件结构 把LED工程所在的文件夹先改名为：STM32+UCOS 在USER文件夹下新建includes.h头文件。按照之前给的uC/OS-n文件结构图，我们在工程的根目录下建立BSP文件夹、APP文件夹和UCOS-Il文件夹.BSP文蜂存放外设硬件驱动人APP文件夹存放应用软件任务UCoS-Il文件夹uC/OSF的相关代码 把USER文件夹下的led.h和led.c文件剪切到BSP文件夹里。在BSP文件夹里新建BSRc和BSRh文件. 在APP文件夹下建立app.h、app.c和app_cfg.h文件.拷贝uC/OS-II源代码附件那里的MicriumSoftwareEvalBoardsSTSTM32F103ZE-SKIAROS-PrObe-LCDos_cfg.h到此目录.把uCOS-11源代码附件那里的MicriumSoftwareuCOS-II下的Source文件夹复制到工程里刚刚新建的uCOS-n文件夹里.把MiCriUmSoftwareuCOS-11Portsarm-cortex-m3GenericIAR下的文件复制到工程uCOS-n文件夹中新建的Ports文件夹里.复制后，选中全部文件，右键属性-去掉只读属性一确定。如下列图添加deludepath3配置uC/OS-IIa.修改os_cfg.h:首先禁用信号量、互斥信号量、邮箱、队列、信号量集、定时器、内存管理,关闭调试模式：#defineOS_FLAG_EN0禁用信号量集#defineOS_MBOX_EN0禁用邮箱#defineOS_MEM_EN0禁用内存管理#defineOS_MUTEX_EN0禁用互斥信号量#defineOS_Q_EN0禁用队列#defineOS_SEM_EN0禁用信号量#defineOS_TMR_EN0禁用定时器#defineOS_DEBUG_EN0禁用调试b.修改oS-Cpu.h注释掉这三行voidOS_CPU_SysTickHandler(void);voidOS-CPU-SySTiCkInit(Void);INT32UOS-CPU-SySTiCkCIkFreq(Void);C.修改OS-CPU一c.c把OS_CPU_SysTickHandler(),OS-CPILSySTiCkInit()及如下列图的文件注葡岸d.修改OS-CPU_a.asm由于编译器的原因要将下面的PUBIC改为EXPORT:PUBLICOS_CPU_SR_Save;FunctionsdeclaredinthisfilePUBLICOS_CPU_SR_RestorePUBLICOSStartHighRdyPUBLICOSCtxSwPUBLICOSIntCtxSwPUBLICOS_CPU_PendSVHandlere.修改os_dbg.c将#defineOS_COMPILER_OPT_root改为#defineOS_COMPILER_OPT/_root修改startup_stm32flOx_hd.s因为本次移植是使用标准外设库CMSIS中startup_stm32fl0x_hd.s作为启动文件的，还没有设置CIS-CPU一SySTiCkHandIer.而startup_stm32flOx_hd.s文件中，PendSV中断向量名为PendSV_Handler,因此只需把所有出现PendSV_Handler的地方替换成OS-CPU-PendSVHandIer即可。编写includes.h#ifndef_INCLUDES_H_#define_INCLUDES_H_*include'stm32flx.h'#include"stm32flx一rcc.h"SySTiCk定时器相关#include,ucosji.h"uC/OS-lI系统函数头文件*include'BSP.h""与开发板相关的函数include"apph'"用户任务函数#include'led.h,LED驱动函数#endif/_INCLUDES_H_编写BSP.cinclude"indudesh'voidBSPJnit(Void)SystemInitO;/*配置系统时钟为72M*/SysTickJnitO;/*初始化并使能SysTick定时器*/1.ED-GPlcLConfig();*LED端口初始化*/voidSysTickJnit(Void)SySTiCkjZonfig(SystemFrequencwOS-TICKS-PER-SEC);/初始化并使能SySTiCk定时器Bsp.h#ifndef_BSP_H#define_BSP_HvoidSysTickJnit(Void);voidBSPJnit(Void);#endif/_BSP_H编写main.c#include,includes.h'staticOS_STKstartup_task_stkSTARTUP_TASK_STK_SIZE;定义栈intmain(void)BSPJnitO;OSlnit();OSTaskCreate(Task.LED1(void*)0,&startup_task_stkSTARTUP_TASK_STK_SIZE-l,STARTUP_TASK_PRIO);OSStart();return0;至此，UC/OS的移植已经完成，运行多任务只需在APRC里修改即可.眼于篇幅，一下不再赘述，详情请看源码.5文件系统的移植与文件系统根本函数的功能DSDIO配置与SD卡实现：a. SDIo接线如下列图所示：b. SDIo时钟设置：SDIo_CK时钟是通过PC12引脚连接到SD卡的是SDIO接口与SD卡用于同步的时钟。SDIO选配器挂载到AHB总线上，通过HCLK二分频输入到适配器得到SDI0_CK的时钟，这时SDlo_CK=HCLK/(2+CLKDIV).其中CLKDiV是SDlcLCLK(存放器)中的CLKDiV位。另外,SDI0-CK也可以由SDIOClk通过设置b