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嵌入式系统原理与应用课程设计—基于ARM9的温度传感器学号：2012180401**班级：**************1班姓名：李*指导教师：邱*课程设计任务书班级:*************姓名：*****设计周数:1学分:2指导教师:邱选兵设计题目:基于ARM9的温度传感器设计目的及要求:目的：1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能够根据电路原理图，元器件实物设计并制作印制电路板。4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表和数字万用表。6.掌握和运用单片机的基本内部结构、功能部件、接口技术以及应用技术。7.各种外围器件和传感器的应用；8.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。要求：1.学生都掌握、单片机的内部结构、功能部件，接口技术等技能；2.根据题目进行调研，确定实施方案，购买元件，并绘制原理图，焊接电路板，调试程序；3.焊接和写汇编程序及调试，提交课程设计系统（包括硬件和软件）；.4.完成课程设计报告设计内容和方法:使用温度传感器PT1000，直接感应外部的温度变化。使用恒流源电路，保证通过PT1000的电流相等，根据PT1000的工作原理与对应关系，得到温度与电阻的关系，将得到的电压放大20倍。结合ARM9与LCD，将得到的参量显示在液晶屏上。目录第一章绪论..................................................................................................................1第二章系统总体结构..................................................................................................22.1硬件框图.........................................................................................................22.2器件选用.........................................................................................................2第三章硬件结构..........................................................................................................33.1数据采集模块.................................................................................................33.11PT1000铂热电阻..................................................................................33.12稳压二极管IN4728.............................................................................53.13LM324....................................................................................................63.2数据处理模块.................................................................................................63.21STM32...................................................................................................63.22TFT-LCD...............................................................................................83.23ADC控制寄存器.................................................................................9第四章软件结构........................................................................................................11第五章总结................................................................................................................16第六章参考文献........................................................................................................17附录一..........................................................................................................................18附录二.............................................................................................错误!未定义书签。附录三.............................................................................................错误!未定义书签。第一章绪论温度是表征物体冷热程度的物理量、是自然界中和人类打交道最多的两个物理参数，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温湿度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温湿度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占50%。温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。铂电阻温度传感器是用来测量空气、土壤和水的温度传感器。该传感器由精密级铂热电阻元件和经特殊工艺处理的防护套组成，并用四芯屏蔽信号电缆线从敏感元件引出用于测量，通常可以采用四线测量法测量，以减少导线电阻引起的测量误差。本次实验使用PT1000铂热电阻直接感应外部环境的温度，PT1000根据温度与电阻的对应关系，通过STM32单片机对数据进行AD转换并且在LCD上显示数据。第二章系统总体结构2.1硬件框图本次实验包括的温度传感器主要由两个模块组成：数据采集模块和数据处理模块（硬件框图如图1）。数据采集模块由恒流源电路和放大电路组成，采集到与温度有对应关系的电压值。数据处理模块将数据模块的输出作为输入，使用STM32的AD转换，将数据转换为数字量显示在LCD上。图1：传感器硬件框图数据采集2.2器件选用在本次设计中，数据采集模块采用了PT1000铂热电阻、稳压二极管、电阻若干、以及运放四大类器件。数据处理模块使用了STM32单片机和LCD显示屏2大部分。本次设计的实物图见附录一。恒流源（0.3mA）放大器（5倍）STM32（ARM9）AD转换LCD显示数据采集模块数据处理模块第三章硬件结构3.1数据采集模块数据采集模块主要负责采集温度的信息，根据温度为与电阻的对应关系，通过恒流源电路图，转化成温度与电压的关系。最后经过放大器，将得到的电压值进行放大，作为数据处理模块的输入值。电路图如图2所示：（实物图见附录一）。图2数据采集模块电路图3.11PT1000铂热电阻设计原理pt1000是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的1000即表示它在0℃时阻值为1000欧姆，在300℃时它的阻值约为2120.515欧姆。它的工业原理：当PT1000在0摄氏度的时候他的阻值为1000欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。电阻与温度的关系：TR8.31000应用范围医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。技术参数输入响应时间（模块内数据更新率）为1秒同步测量1路隔离的485,MODBUSRTU通讯协议采用RS－485二线制输出接口时，具有+15kV的ESD保护功能速率（bps）可在1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200中选择精度等级：0.2级供电电源：+7.5～30V功耗小于0．1W主机工作温度范围为－40℃～+85℃测量范围为－200℃～+200℃存贮条件为－40℃～+85℃（RH：5%～95%不结露）铂电阻RT曲线图表PT1000分度表3.12稳压二极管IN4728工作原理稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。特性曲线特性参数1.Uz—稳定电压：指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。2.Iz—额定电流：指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。3.Rz—动态电阻：指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。4.Pz—额定功耗：由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。3.13LM324LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。应用LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。3.2数据处理模块本模块将数据采集模块的输出作为输入，STM32将输入值的模拟量转化为数字量，显示在LCD上。实物图见附录二：电路图见附录三：3.21STM32开发板资源：◆CPU：STM32F103RCT6