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基于STM32的温湿度监测

作者：高考题库网
来源：https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-18 17:13
tags:

-

2021年2月18日发(作者：moderate是什么意思)



《物联网工程设计与实施


》项目设计




项目课题：




院






系：




专






业：




项目经理：



副



经



理：



项目成员：



基于

STM32


的温湿度检测



计算机科学与技术学院




物联网工程



于渊



谢金光



李周恒



学号：





123921043


学号


：



123921024


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



.


.................................................. .................................................. ..........


1


2


4.2.3


产品亮点



.


................................. .................................................. ...........................


1


2


4.2.4


单总线接口定义



.

< br>............................................... .................................................. .


1


2


4.2.5


传感器性能



.


................................................. .................................................. .......


1


3


4.2.6


单总线通信



.


................................................. .................................................. .......


1


3


4.3 Nokia 5110


介绍



... .................................................. .................................................. .......


1


5


4.3.1 SPI


接口时序写数据


/


命令



............................... .................................................. ...


1


5


4.3.2


显示汉字



.


.................................................. .................................................. ..........


1


5


4.3.4


显示图形



.


................................. .................................................. ...........................


1


6


4.4


原理图设计



.


................................................. .................................................. ..................


1


6


4.5 PCB


板设计


...... .................................................. .................................................. ............


1


7


五．实验软件设计



.


.............................................. .................................................. ........................


1


8


5.1


温湿度传感器


DHT22


的程序



.


... .................................................. ..................................


1


8


5.2


湿度显示函数



.

................................................ .................................................. ...............


2


1


5.3


主函数程序


< br>.


................................... .................................................. .................................


2


3


5.3.1


显屏程序



.


.................................. .................................................. ...........................


2


3


六．作品实物展示



.


.............................................. .................................................. ........................


3


2


七．设计总结



.

................................................ .................................................. ..............................


3


3





























































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：

< br>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

< p>
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】


：


< br>嵌入式技术，


电路设计，


STM32

，


AM2302


温湿度采集，


No kia5110


显示屏，程序设计





























































Absract


In


the


design


of


the


curriculum


implements


a


smart


temperature


and


humidity


detection system based on STM32F103VET6, the purpose is to realize the acquisition


and


display


of


the


temperature


and


humidity,


temperature


and


humidity


of


the


acquisition


as


a


must


master


in


automation


science


detection


technology,


is


also


a


practical


technology.


This


experiment


mainly


made


the


following


several


aspects


work:


first


of


all,


based


on


the


real-time,


accuracy,


economy


and


expansibility


etc.


After analysis and comparison of four directions, STM32F103VE micro-controller as


the


master


control


chip


and


AM2303


temperature


and


humidity


sensors


to


achieve


temperature


and


humidity


data


acquisition;


On


the


Nokia5110


screen


display


the


temperature and humidity, and then introduces in detail the working principle of each


module and the hardware circuit design, realized the real- time accurate measurement


of


temperature


and


humidity


data;


Elaborated


the


system


after


each


part


of


the


software design idea; Finally, the system in the practical application of dealing with


the data collected, analyzed the reasons of the error, and through the piecewise linear


interpolation algorithm for system of nonlinear error calibration, compared with not


calibration data, after calibration data with higher accuracy and better stability.


Keywords:


embedded


technology,


circuit


design,


STM32,


collecting


AM2302


temperature and humidity, Nokia5110 display, the program design






























































一．设计目标


本次设计要求实现对周围环境温湿度的感知以及显示。要求学生对


STM32


有一定程度的理解，熟悉


STM32


串口以及 中断的使用，会基本的


C


语言和


jav a,


熟练掌握


keil for ARM


软件的使用与程序下载以及手机软件开发环境。



二．设计方案



（

1


）了解温湿度传感器工作原理，根据原理画好


PCB


原理图。



（


2< /p>


）根据


PCB


原理图自制


PCB


板电路，


将液晶屏，


温 湿度传感器，


变压器


,stm32


开发 板等相关元件设备进行集成。



（


3< /p>


）测试


PCB


电路，检查相关电路能否正 常工作，以及


STM32


核心板的能否正


常调试。



（


4

）在完成电路调试后，用


jlink


下载器下载调试程序成 功完成程序对相关元


件的驱动。



（< /p>


5


）实验完成后做好相应的实验总结。



三．实验所需器材



32F


核心板


2.


温湿度传感器（


DHT22


）

< br> 3.


电容



4.3MM


红光


LED


发光二极管


5.


稳压集成块（

< br>L7805


）



6.


整流桥


7.


电解电容


8.


保险座



10.


电阻


11.


变压器


12.


电位器



13.


排座



14.5110


液晶屏模块



9.


散热器



四．设计内容



4.1 STM32


模块



芯片的选择：


STM32VET6


芯片的介绍


:


内核：


ARM 32


位的


Cortex


?


-M3 CPU


?



最


高


72MHz


工


作


频


率


，


在


存


储


器


的


0


等


待


周


期


访


问


时


可

< br>达


1.25DMips/MHz(Dhrystone 2.1)


?



单周期乘法和硬件除法



■



存储器



?



从


64K


或


128K


字节的闪存程序存储器



?



高达


20K


字节的


SRAM


■



时钟、复位和电源管理



?


2.0


～


3.6


伏供电和


I/O


引脚

< p>


?



上电

< p>
/


断电复位


(POR/PDR)

< br>、可编程电压监测器


(PVD)


?


4


～


16 MHz


晶体振荡器



?



内嵌经出厂调校的


8MHz


的


RC


振荡器



?



内嵌带校准 的


40kHz


的


RC

< br>振荡器



?



产生


CPU


时钟的


PLL


?



带校准功能的


32kHz RTC


振荡器



■



低功耗



?



睡眠、停机和待机模式



?


VBAT


为


RTC


和后备寄存器供电



■


2


个


12


位模数转换器，


1


μ

< br>s


转换时间


(


多达


16


个输入通道


)


?



转换范围：


0


至


3.6V


?



双采样和保持功能



?



温度传感器



■


DMA


：



?


7


通道


D MA


控制器



?



支持的外设：定时器、

< p>
ADC


、


SPI


、


I2C


和


USART



图


4.1


STM32VET6


芯片引脚图















































图



4.2



STM32


芯片实物图



4.2 AM2302


介绍



4.2.1


产品概述



AM2302


湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温< /p>


湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确

< br>保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感


湿元件和 一个高精度测温元件，并与一个高性能


8


位单片机相连接。因此


该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比


极高等 优点。每


个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式


储存在单片机中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系


数。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功


耗，信号传输 距离可达


20


米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用< /p>


场合的最佳选择。产品为


3


引线（单总线 接口）连接方便。特殊封装形式


可根据用户需求而提供。





图


4.3


实物图






外形尺寸（单位：


mm


）




4.2.2


应用范围



暖通空调、除湿器、测试及 检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记


录器、家电、湿度调节器、医疗、气象站、 及其他相关湿度检测控制等。



4.2.3


产品亮点



超低能耗、传输距离远、全 部自动化校准、采用电容式湿敏元件、完全互


换、标准数字单总线输出、卓越的长期稳定 性、采用高精度测温元件。



4.2.4


单总线接口定义



引脚



①



②



③



④



名称



VDD


SDA


NC


GND


描述



电源


(3.5V-5.5V)


串行数据，双向口



空脚



地




表


4.1 AM2302


引脚分配表






图


4.4 AM2302


引脚分配图



AM230 2


的供电电压范围为


3.5V-5.5V,

建议供电电压为


5V


。数据线


SD A


引脚为


三态结构，用于读写传感器数据。







4.2.5


传感器性能



参数



分辨率



分辨率



[1]


精度



重复性



互换性



[2]


响应时间









迟滞



[3]


漂移



条件




25


℃





1/e(63


%)




m


i



typ


0.1


ma


x





单位



%RH


bit


%RH


16




±


2



±



%RH


0.3


完全互换




<5



S







<0.



%RH


3


典型值




<0.



%RH/yr


5


表


4.2 AM2302


相对湿度性能表



条件



mi


n





-4


0




typ


max


单位



0.1



℃



分辨率




16



bit


分辨率



精度




±


0.5


±


1


℃



量程范围





80


℃



重复性




±


0.2



℃



互换性




完全互换



响应时间



1/e(63



<1



S


%)


0



漂移





±


℃


/yr


0.


表


4.3 AM2302


相对温度性能表




参数



图


4.5 25


℃时


AM2302


的相对湿度最大误差



温度传感器的温最大误差



4.2.6


单总线通信



①


AM2302


器件采用简化的单总 线通信。单总线即只有一根数据线，系


统中的数据交换、控制均由数据线完成。设备（微 处理器）通过一个漏极


开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释 放总线，


而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约


5 .1k


Ω


的上拉电阻，


这样，当总线闲 置时，其状态为高电平。由于它们是主从结构，只有主机


呼叫传感器时，传感器才会应答 ，因此主机访问传感器都必须严格遵循单


总线序列，如果出现序列混乱，传感器将不响应 主机。



②


SDA

用于微处理器与


AM2302


之间的通讯和同步

< p>
,


采用单总线数据格


式，一次传送


40


位数据，高位先出。具体通信时序如图


4.5


所示，通信格


式说明见表


4.3

< p>
。





图


4.5 AM2302


单总线通信协议




名称



单总线格式定义



起始信号



微处理器把数据总线（< /p>


SDA


）拉低一段时间


(


至少



800?s)



[1]


，通知传感器准备数据。



响应信号



传感器把数据总线（


SDA


）拉低



80?s，再接高



80?s 以响应


主机的起始信号。



数据格式



收到主机起始信号后，传 感器一次性从数据总线（


SDA


）串出



40


位数据，高位先出



湿度



温度



湿度分辨率是


16Bit


，


高位在前；


传感器串出的湿度值是实际


湿度值的


10


倍。



温度分辨率是


16Bit


，


高位在前；


传感器串出的温度值是实际


温度值的


10


倍；温度最高位（


Bit15


）等于


1


表示负温度，

< p>
温度最高位（


Bit15


）等于

< br> 0


表示正温度；温度除了最高位


（

< br>Bit14~Bit0


）表示温度值。



校验位＝湿度高位


+


湿度低位


+


温度高位


+


温度低位



表


4.3


：


AM2302


通信格式说明



③用户主机（


MCU


）发送一次起始信号（把数据总线


SDA


拉低至少


800?s）


后，


AM2302


从休眠模式转换到高速模式。待主机 开始信号结束后，


AM2302


发送


响 应信号，从数据总线


SDA


串行送出


4 0Bit


的数据，先发送字节的高位；发送


的数据依次为湿度高 位、湿度低位、温度高位、温度低位、校验位，发送数据


结束触发一次信息采集，采集结 束传感器自动转入休眠模式，直到下一次通信


来临。






校验位



4.3 Nokia 5110


介绍



1


）


84x48

的点阵


LCD


，可以显示


4


行汉字，



2


）采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源


和地在内的 信号线仅有


9


条。支持多种串行通信协议（如


AVR


单片机的ＳＰ


I


、


MCS51


的串口模式０等）


，传输速率高达


4Mbp s


，可全速写入显示数据，无等待


时间。



3


）可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用 模块上的金属钩可将


模块固定到印制板上，因而非常便于安装和更换。

< br>


4


）


LCD


控制器／驱动器芯片已绑定到


LCD


晶片上，模块的体积很小。



5


）


采用低电压供电，


工作电压为


3,3V


，


正常显示时的工作电流在


200


μ


A


以下，


且具有掉电模式。



LPH7366


的这些特点非常适合于电池供电的便携式通信 设备和测试设备中。





图


4.6


4.3.1 SPI


接口时序写数据


/


命令



Nokia5110(PCD8544)


的通信协议是一个 没有


MISO


只有


MOSI

< p>
的


SPI


协议，如果


单片 机有富裕的


SPI


接口，


也可以利用硬 件


SPI


，


但通常没有必要，


只需要软件程序


模拟即可。



4.3.2


显示汉字



显示汉字可以采用两种点阵方式，一种是


12*12


点阵，一种是


16*16


点阵，网


上也 有一个自动提取字模的小软件


“


3310


液晶显示屏汉字提取程序”


，


这个小程序只

< br>适用于水平寻址


(V=0)


。



采用


12*12


点阵汉字时，由于不是


8


的整数倍数，因此行与行之间只能隔开，

这样才能完整显示一个汉字。



4.3.4


显示图形



显示的图形像素大小不能超 过


84*48


。也有一个字模提取小软件


Zimo21


可以帮


助我们得到图像的像素数组。但要注意< /p>


Zimo21


软件的设置，不然的话就显示不了想


要的图片。



4.4


原理图设计




图


4.7


电路板设计软件：


Altium



图


4.8


传感器电路



-


-


-


-


-


-


-


-



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