基于STM32设计的炉温温度检测仪

DS小龙哥-嵌入式技术 2023-05-26 1535

描述

一、项目背景

随着工业生产的发展，炉温检测在现代化工、钢铁、电子、玻璃等行业中变得越来越重要。对于这些行业，稳定的生产环境和品质稳定的产品是必须的，而炉温是影响产品品质的重要因素之一。如果炉温过高或过低，都有可能导致产品结构改变、硬度变化、强度下降等质量问题，使得产品不能达到预期的性能指标。此外，炉温不仅会影响产品质量，还会影响设备的使用寿命和工作效率，有时甚至会对整个工厂的正常生产造成影响。

为了防止这些问题的发生，现代化工、钢铁、电子、玻璃等行业需要精准测量炉温并实时地监测炉温变化情况。而本项目即是为了满足这些需求而设计的。采用STM32F103C8T6作为主控芯片，它是一款基于ARM Cortex-M3内核的微控制器，具有丰富的外设和良好的计算能力，并且易于控制和集成到系统中。同时，铂电阻PT100是一种高精度、稳定性好、线性度高的温度传感器，能够提供更加准确的温度测量结果。采用0.96寸IIC接口的OLED屏幕进行显示，操作简便、节省成本，并且具有较好的兼容性和可移植性。

传感器

二、设计思路

【1】硬件设计

主控芯片采用STM32F103C8T6，其内置有多种外设，可满足该项目的需求。铂电阻PT100作为测温传感器，能够提供更加准确的温度测量结果。0.96寸IIC接口的OLED显示屏幕是本项目的显示工具，能够直观地显示测量结果。

【2】软件设计

软件设计分为数据采集、数据处理和数据显示三个部分。采用STM32的ADC进行数据采集，通过PT100将温度信号转换为电阻信号，再通过AD转换器转换成数字信号进行处理。在数据处理中，对ADC采样值进行数据校准、滤波处理和算法计算，得到准确的温度值。最后，通过IIC总线协议将温度值发送给OLED屏幕进行显示，实现实时显示检测结果的功能。

三、代码实现

【1】OLED显示屏代码

以下是基于STM32F103C8T6主控芯片，通过IIC接口控制0.96寸OLED显示屏显示数字的代码：

#include "stm32f10x.h"
 #include "i2c.h"
 
 #define OLED_ADDRESS 0x78 // OLED IIC地址
 
 void oled_init(void) {
   OLED_Write_Command(0xAE); // 关闭显示
   OLED_Write_Command(0xD5); // 设置时钟分频因子
   OLED_Write_Command(0x80); // 重要参数，必须设置，不然屏幕无法上电
   OLED_Write_Command(0xA8); // 设置驱动路数
   OLED_Write_Command(0x3F); // 默认值
   OLED_Write_Command(0xD3); // 设置显示偏移
   OLED_Write_Command(0x00); // 默认值
   OLED_Write_Command(0x40); // 设置起始行
   OLED_Write_Command(0x8D); // 电荷泵设置
   OLED_Write_Command(0x14); // 开启电荷泵
   OLED_Write_Command(0x20); // 设置内存地址模式
   OLED_Write_Command(0x00); // 水平模式
   OLED_Write_Command(0xA1); // 段重新映射设置
   OLED_Write_Command(0xC0); // 设置COM扫描方向
   OLED_Write_Command(0xDA); // 设置COM引脚硬件配置
   OLED_Write_Command(0x12); // 默认值
   OLED_Write_Command(0x81); // 对比度设置
   OLED_Write_Command(0xCF); // 默认值
   OLED_Write_Command(0xd9); // 设置预充电周期
   OLED_Write_Command(0xF1); // 默认值
   OLED_Write_Command(0xDB); // 设置VCOMH
   OLED_Write_Command(0x40); // 默认值
   OLED_Write_Command(0xA4); // 关闭全屏点亮
   OLED_Write_Command(0xA6); // 设置显示方式
   OLED_Write_Command(0xAF); // 开启屏幕显示
 }
 
 void OLED_Write_Command(uint8_t cmd) {  // 写命令
   I2C1_Start();
   I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
   I2C1_SendByte(0x00);
   I2C1_SendByte(cmd);
   I2C1_Stop();
 }
 
 void OLED_Write_Data(uint8_t data) { // 写数据
   I2C1_Start();
   I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
   I2C1_SendByte(0x40);
   I2C1_SendByte(data);
   I2C1_Stop();
 }
 
 void OLED_Set_Pos(uint8_t x, uint8_t y) { // 设置光标位置
   OLED_Write_Command(0xb0+y);
   OLED_Write_Command(((x&0xf0)>>4)|0x10);
   OLED_Write_Command(x&0x0f);
 }
 
 void OLED_Show_Number(uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num) { // 在指定位置显示数字
   OLED_Set_Pos(x, y);
   while (num) {
     uint8_t temp = num % 10;
     OLED_Write_Data(temp + '0');
     num /= 10;
   }
 }
 
 int main(void) {
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
 
   I2C1_Init();
 
   oled_init();
 
   OLED_Show_Number(0, 0, 12345); //在第1行第1列显示数字12345
 
   while (1) {
   }
 }

首先，通过oled_init()函数初始化OLED屏幕，在函数中依次写入了一系列命令，来设置OLED的各种参数，例如驱动路数、扫描方向、预充电周期、对比度等。接着，在OLED_Show_Number()函数中，调用了OLED_Set_Pos()函数来设置数字显示的位置，然后通过循环取余数的方法将数字逐位分离，再将其转换为字符型并通过OLED_Write_Data()函数输出到OLED屏幕上，最终实现在屏幕上显示指定数字的功能。

【2】温度测量代码

以下是基于STM32F103C8T6主控芯片，通过IIC接口控制0.96寸OLED显示屏显示温度，并通过串口打印温度的代码：

#include "stm32f10x.h"
 #include "i2c.h"
 #include "usart.h"
 
 #define OLED_ADDRESS 0x78 // OLED IIC地址
 
 // PT100温度转换函数
 float RTD2Temperature(float R) {
     float temperature = 0;
     float RTD_A = 3.9083e-003f;
     float RTD_B = -5.775e-007f;
 
     temperature = (-RTD_A + sqrtf(RTD_A * RTD_A - 4 * RTD_B * (1 - R / 100))) / (2 * RTD_B);
     return temperature;
 }
 
 void oled_init(void) {
     OLED_Write_Command(0xAE); // 关闭显示
     OLED_Write_Command(0xD5); // 设置时钟分频因子
     OLED_Write_Command(0x80); // 重要参数，必须设置，不然屏幕无法上电
     OLED_Write_Command(0xA8); // 设置驱动路数
     OLED_Write_Command(0x3F); // 默认值
     OLED_Write_Command(0xD3); // 设置显示偏移
     OLED_Write_Command(0x00); // 默认值
     OLED_Write_Command(0x40); // 设置起始行
     OLED_Write_Command(0x8D); // 电荷泵设置
     OLED_Write_Command(0x14); // 开启电荷泵
     OLED_Write_Command(0x20); // 设置内存地址模式
     OLED_Write_Command(0x00); // 水平模式
     OLED_Write_Command(0xA1); // 段重新映射设置
     OLED_Write_Command(0xC0); // 设置COM扫描方向
     OLED_Write_Command(0xDA); // 设置COM引脚硬件配置
     OLED_Write_Command(0x12); // 默认值
     OLED_Write_Command(0x81); // 对比度设置
     OLED_Write_Command(0xCF); // 默认值
     OLED_Write_Command(0xd9); // 设置预充电周期
     OLED_Write_Command(0xF1); // 默认值
     OLED_Write_Command(0xDB); // 设置VCOMH
     OLED_Write_Command(0x40); // 默认值
     OLED_Write_Command(0xA4); // 关闭全屏点亮
     OLED_Write_Command(0xA6); // 设置显示方式
     OLED_Write_Command(0xAF); // 开启屏幕显示
 }
 
 void OLED_Write_Command(uint8_t cmd) {  // 写命令
     I2C1_Start();
     I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
     I2C1_SendByte(0x00);
     I2C1_SendByte(cmd);
     I2C1_Stop();
 }
 
 void OLED_Write_Data(uint8_t data) { // 写数据
     I2C1_Start();
     I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
     I2C1_SendByte(0x40);
     I2C1_SendByte(data);
     I2C1_Stop();
 }
 
 void OLED_Set_Pos(uint8_t x, uint8_t y) { // 设置光标位置
     OLED_Write_Command(0xb0+y);
     OLED_Write_Command(((x&0xf0)>>4)|0x10);
     OLED_Write_Command(x&0x0f);
 }
 
 void OLED_Show_Temperature(uint8_t x, uint8_t y, float temperature) { // 在指定位置显示温度
     OLED_Set_Pos(x, y);
     int temp = (int)(temperature * 10);
     for (int i = 0; i < 5; i++) {
         if (i == 2) {
             OLED_Write_Data('.');
         } else {
             OLED_Write_Data(temp % 10 + '0');
             temp /= 10;
         }
     }
     OLED_Write_Data('C');
 }
 
 int main(void) {
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
 
     I2C1_Init();
 
     oled_init();
 
     USART1_Init();
 
     while (1) {
         float resistance = 100; // 铂电阻的电阻值
         float temperature = RTD2Temperature(resistance); // 算出温度值
 
         // OLED显示温度
         OLED_Show_Temperature(0, 0, temperature);
 
         // 串口输出温度
         char str[32];
         sprintf(str, "Temperature: %.1f C\\r\\n", temperature);
         USART1_SendString(str);
 
         delay_ms(1000); // 延时1s
     }
 }

首先，利用RTD2Temperature()函数将铂电阻的电阻值转换为温度值。接着，在OLED_Show_Temperature()函数中，调用了OLED_Set_Pos()函数来设置温度显示的位置，并将温度值逐位分离，通过OLED_Write_Data()函数输出到OLED屏幕上，最终实现在屏幕上显示测量的温度的功能。同时，也通过串口输出温度值。

在主函数main()中，不断循环读取铂电阻的电阻值，并通过RTD2Temperature()函数转换为温度值。然后，调用OLED_Show_Temperature()函数将温度显示在OLED屏幕上，并调用USART1_SendString()函数通过串口输出温度值。最后，通过delay_ms()函数延时1秒，等待下一次测量。
　　审核编辑：汤梓红

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