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当前介绍的项目是基于 STM32F103ZET6 系列 MCU 设计的数显热水器#xff0c;通过显示屏来显示热水器的温度及其工作状态#xff0c;通过 PT100 传感器来检测热水器的温度变化#xff0c;并通过电加热片实现加热过程#xff0c;以达到控制热水器温度的目的。 …一、项目介绍
当前介绍的项目是基于 STM32F103ZET6 系列 MCU 设计的数显热水器通过显示屏来显示热水器的温度及其工作状态通过 PT100 传感器来检测热水器的温度变化并通过电加热片实现加热过程以达到控制热水器温度的目的。 二、设计流程
2.1 硬件选型
STM32F103ZET6 系列 MCUOLED 显示屏PT100 温度传感器电加热片继电器
2.2 软件设计
1显示屏
使用 OLED 显示屏来显示热水器的温度及其工作状态通过 SPI 接口与 STM32 芯片进行通讯。设计温度值及其单位、热水器工作状态等。
2温度传感器
使用 PT100 温度传感器来检测热水器内部温度的变化并将数据通过 ADC 转换后传输给 STM32 芯片以实现对热水器加热过程的控制。
3电加热片
使用电加热片模拟热水器加热过程通过继电器控制电加热片的通断以调节热水器的温度。
4控制系统
通过 STM32 芯片来实现对热水器的控制读取温度传感器的数据。
三、代码设计
3.1 OLED显示屏
1SPI 接口初始化
需要对 STM32F103ZET6 的 SPI 接口进行初始化配置设置相关的时钟和模式使其能够与 OLED 显示屏进行通讯。
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE); // 打开SPI3时钟
SPI_InitTypeDef spi_init_type;
spi_init_type.SPI_Direction SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
spi_init_type.SPI_Mode SPI_Mode_Master;
spi_init_type.SPI_DataSize SPI_DataSize_8b;
spi_init_type.SPI_CPOL SPI_CPOL_Low;
spi_init_type.SPI_CPHA SPI_CPHA_1Edge;
spi_init_type.SPI_NSS SPI_NSS_Soft;
spi_init_type.SPI_BaudRatePrescaler SPI_BaudRatePrescaler_32; // 设置 SPI 时钟频率为 72 MHz / 32 2.25MHz
spi_init_type.SPI_FirstBit SPI_FirstBit_MSB;
SPI_Init(SPI3, spi_init_type);
SPI_Cmd(SPI3, ENABLE);2OLED 显示屏初始化
以下是 OLED 显示屏的初始化代码
void OLED_Init(void) {GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6); //RST SETGPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6); //RST RESETGPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6); //RST SETwrite_command(0xAE); // 关闭显示write_command(0xD5); // 设置时钟分频因子,震荡频率write_command(0x80); // 分频因子1 ,震荡频率(fosc)8MHzwrite_command(0xA8); // 设置驱动路数MUX(复用方式)write_command(0x1F); // 1/32 duty (0x0F~0x3F)write_command(0xD3); // 设置显示偏移write_command(0x00); // 不偏移write_command(0x40); // 设置显示开始行[5:0], 对于设置了32行的液晶// 这里的值为0表示从0行开始显示write_command(0x8D); // 对比度设置write_command(0x14); // AHB参考电压256等分 移位[3:0]100[n,1/256]write_command(0x20); // 水平方向上的寻址模式write_command(0x00); // 垂直方向上的寻址模式write_command(0xA1); // 设置段再映射write_command(0xC0); // 设置COM扫描方向write_command(0xDA); // 设置COM引脚硬件配置write_command(0x12);write_command(0x81); // 对比度设置write_command(0xBF); // 设置电荷泵电压write_command(0xD9); // 设置预充电周期write_command(0xF1);write_command(0xDB); // 设置VCOMH电压倍率write_command(0x40);write_command(0xAF); // 打开显示OLED_Clear(); // 清屏
}3OLED 显示函数
接下来编写 OLED 显示函数实现字符和数字的显示功能。
void OLED_show_string(uint8_t x, uint8_t y, char *str) {uint8_t i 0;while (str[i] ! \0) {OLED_show_char(x, y i * 8, str[i]);i;}
}void OLED_show_char(uint8_t x, uint8_t y, char ch) {uint8_t c ch - 32;if (c 96) return;uint8_t* buffer (uint8_t*)oled_buffer;uint8_t cx, cy;for (cy 0; cy 8; cy) {uint8_t line font[c][cy];for (cx 0; cx 6; cx) {if (line 0x1) {buffer[(y cy) * OLEDWIDTH x cx] 1;} else {buffer[(y cy) * OLEDWIDTH x cx] 0;}line 1;}}OLED_Draw_Pixel(x 6, y, 0);OLED_Draw_Pixel(x 6, y 1, 0);OLED_Draw_Pixel(x 6, y 6, 0);OLED_Draw_Pixel(x 6, y 7, 0);
}4结果显示
在代码中调用 OLED_show_string 函数和 OLED_show_char 函数显示数值和字符。
OLED_Init();
OLED_Clear();
OLED_show_string(0, 0, HELLO WORLD!);
OLED_show_string(0, 16, TEMP:20 C);3.2 测温代码
1引脚配置
需要对 STM32F103ZET6 的 IO 口进行配置将用于连接 PT100 温度传感器的引脚设置为输入模式。
这里以 PA0 引脚作为 PT100 传感器的连接口即 PT100 三线连接中的 R3 端代码如下
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入模式
GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure);2ADC 配置
接下来需要对 STM32F103ZET6 的 ADC 进行初始化配置使其能够读取 PT100 温度传感器输出的电压信号。
这里以 ADC1 通道5 作为读取口代码如下
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); // 设置 ADC 时钟为 PCLK2 的 1/6
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // 打开 ADC1 时钟
ADC_DeInit(ADC1); // 初始化 ADC1
ADC_InitStructure.ADC_Mode ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode ENABLE; // 连续转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv ADC_ExternalTrigConv_None;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel 1;
ADC_Init(ADC1, ADC_InitStructure);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 开启 ADC13温度转换函数
根据 PT100 温度传感器输出电压与温度的关系可使用线性函数计算出温度值。
转换公式如下
Rt (Vref - Vpt) / Ipt // Rt 为 PT100 的阻值Vref 为基准电压Vpt 为 PT100 输出电压Ipt 为 PT100 驱动电流
Temp a * Rt b // Temp 为温度值a 和 b 为经过拟合后的系数其中 Rt 的计算需要使用差分运算放大器进行转换这里不再赘述。假设已经得到 Rt 值则温度转换函数代码如下
float PT100_Get_Temperature(float Rt)
{float a 3.9083e-3f, b -5.775e-7f, R0 100.0f; // 根据实际数据进行拟合得到 a、b 和 R0 的值float Tem, delta;delta pow(Rt / R0, 2) a * (Rt / R0) b;Tem (delta 0) ? (-R0*a sqrt(delta)) / (2 * b) : 0;return Tem;
}4数据采集
根据差分放大器输出的电压值得到 PT100 温度传感器的阻值再根据阻值计算出实际温度最后将温度值通过串口打印出来。以下是数据采集代码
float ADC_Get_Voltage(void)
{float voltage 0;uint16_t adc_val 0;ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); // 配置 ADC 通道5ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 使能软件触发 ADC 转换while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); // 等待转换结束adc_val ADC_GetConversionValue(ADC1); // 读取 ADC 转换结果voltage (float)adc_val * 3.3f / 4096; // 计算基准电压return voltage;
}float PT100_Get_Rt(float Vpt)
{float Rsource 10e3f, Rpt 100.0f; // Rsource 为差分放大器输出电阻Rpt 为 PT100 阻值float Ipt (3.3f - Vpt) / Rsource; // 计算 PT100 驱动电流float Rt (3.3f - Vpt) / Ipt; // 根据欧姆定律计算出 PT100 阻值return Rt;
}void USART1_Send_Float(float f)
{char buf[32];sprintf(buf, %.1f\r\n, f); // 转换为字符串while (*buf){USART_SendData(USART1, *buf);while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) RESET);buf;}
}int main(void)
{...while (1){float Vpt ADC_Get_Voltage(); // 获取差分放大器输出电压float Rt PT100_Get_Rt(Vpt); // 计算 PT100 阻值float Temp PT100_Get_Temperature(Rt); // 根据阻值计算温度USART1_Send_Float(Temp); // 将温度值打印到串口delay_ms(500);}...
}
