基于STM32設(shè)計(jì)的爐溫溫度檢測儀

爐溫檢測在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中十分重要，因?yàn)闋t溫過高或過低都會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，甚至影響工廠的正常運(yùn)作。因此，設(shè)計(jì)一款能夠精準(zhǔn)測量爐溫并顯示結(jié)果的檢測儀器具有很大的實(shí)用價(jià)值。

本項(xiàng)目采用了STM32F103C8T6作為主控芯片，該芯片擁有豐富的外設(shè)和性能較好的計(jì)算能力，能夠滿足該項(xiàng)目對計(jì)算和控制的需求。同時(shí)，鉑電阻PT100作為測溫傳感器，能夠提供更加精準(zhǔn)的溫度測量結(jié)果。

一、項(xiàng)目背景

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，爐溫檢測在現(xiàn)代化工、鋼鐵、電子、玻璃等行業(yè)中變得越來越重要。對于這些行業(yè)，穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境和品質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品是必須的，而爐溫是影響產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素之一。如果爐溫過高或過低，都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改變、硬度變化、強(qiáng)度下降等質(zhì)量問題，使得產(chǎn)品不能達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。此外，爐溫不僅會影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會影響設(shè)備的使用壽命和工作效率，有時(shí)甚至?xí)φ麄€(gè)工廠的正常生產(chǎn)造成影響。

為了防止這些問題的發(fā)生，現(xiàn)代化工、鋼鐵、電子、玻璃等行業(yè)需要精準(zhǔn)測量爐溫并實(shí)時(shí)地監(jiān)測爐溫變化情況。而本項(xiàng)目即是為了滿足這些需求而設(shè)計(jì)的。采用STM32F103C8T6作為主控芯片，它是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，具有豐富的外設(shè)和良好的計(jì)算能力，并且易于控制和集成到系統(tǒng)中。同時(shí)，鉑電阻PT100是一種高精度、穩(wěn)定性好、線性度高的溫度傳感器，能夠提供更加準(zhǔn)確的溫度測量結(jié)果。采用0.96寸IIC接口的OLED屏幕進(jìn)行顯示，操作簡便、節(jié)省成本，并且具有較好的兼容性和可移植性。

二、設(shè)計(jì)思路

【1】硬件設(shè)計(jì)

主控芯片采用STM32F103C8T6，其內(nèi)置有多種外設(shè)，可滿足該項(xiàng)目的需求。鉑電阻PT100作為測溫傳感器，能夠提供更加準(zhǔn)確的溫度測量結(jié)果。0.96寸IIC接口的OLED顯示屏幕是本項(xiàng)目的顯示工具，能夠直觀地顯示測量結(jié)果。

【2】軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示三個(gè)部分。采用STM32的ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過PT100將溫度信號轉(zhuǎn)換為電阻信號，再通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)處理中，對ADC采樣值進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、濾波處理和算法計(jì)算，得到準(zhǔn)確的溫度值。最后，通過IIC總線協(xié)議將溫度值發(fā)送給OLED屏幕進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示檢測結(jié)果的功能。

三、代碼實(shí)現(xiàn)

【1】OLED顯示屏代碼

以下是基于STM32F103C8T6主控芯片，通過IIC接口控制0.96寸OLED顯示屏顯示數(shù)字的代碼：

#include "stm32f10x.h"
#include "i2c.h"

#define OLED_ADDRESS 0x78 // OLED IIC地址

void oled_init(void) {
  OLED_Write_Command(0xAE); // 關(guān)閉顯示
  OLED_Write_Command(0xD5); // 設(shè)置時(shí)鐘分頻因子
  OLED_Write_Command(0x80); // 重要參數(shù)，必須設(shè)置，不然屏幕無法上電
  OLED_Write_Command(0xA8); // 設(shè)置驅(qū)動路數(shù)
  OLED_Write_Command(0x3F); // 默認(rèn)值
  OLED_Write_Command(0xD3); // 設(shè)置顯示偏移
  OLED_Write_Command(0x00); // 默認(rèn)值
  OLED_Write_Command(0x40); // 設(shè)置起始行
  OLED_Write_Command(0x8D); // 電荷泵設(shè)置
  OLED_Write_Command(0x14); // 開啟電荷泵
  OLED_Write_Command(0x20); // 設(shè)置內(nèi)存地址模式
  OLED_Write_Command(0x00); // 水平模式
  OLED_Write_Command(0xA1); // 段重新映射設(shè)置
  OLED_Write_Command(0xC0); // 設(shè)置COM掃描方向
  OLED_Write_Command(0xDA); // 設(shè)置COM引腳硬件配置
  OLED_Write_Command(0x12); // 默認(rèn)值
  OLED_Write_Command(0x81); // 對比度設(shè)置
  OLED_Write_Command(0xCF); // 默認(rèn)值
  OLED_Write_Command(0xd9); // 設(shè)置預(yù)充電周期
  OLED_Write_Command(0xF1); // 默認(rèn)值
  OLED_Write_Command(0xDB); // 設(shè)置VCOMH
  OLED_Write_Command(0x40); // 默認(rèn)值
  OLED_Write_Command(0xA4); // 關(guān)閉全屏點(diǎn)亮
  OLED_Write_Command(0xA6); // 設(shè)置顯示方式
  OLED_Write_Command(0xAF); // 開啟屏幕顯示
}

void OLED_Write_Command(uint8_t cmd) {  // 寫命令
  I2C1_Start();
  I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
  I2C1_SendByte(0x00);
  I2C1_SendByte(cmd);
  I2C1_Stop();
}

void OLED_Write_Data(uint8_t data) { // 寫數(shù)據(jù)
  I2C1_Start();
  I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
  I2C1_SendByte(0x40);
  I2C1_SendByte(data);
  I2C1_Stop();
}

void OLED_Set_Pos(uint8_t x, uint8_t y) { // 設(shè)置光標(biāo)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) { // 在指定位置顯示數(shù)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列顯示數(shù)字12345

  while (1) {
  }
}

首先，通過oled_init()函數(shù)初始化OLED屏幕，在函數(shù)中依次寫入了一系列命令，來設(shè)置OLED的各種參數(shù)，例如驅(qū)動路數(shù)、掃描方向、預(yù)充電周期、對比度等。接著，在OLED_Show_Number()函數(shù)中，調(diào)用了OLED_Set_Pos()函數(shù)來設(shè)置數(shù)字顯示的位置，然后通過循環(huán)取余數(shù)的方法將數(shù)字逐位分離，再將其轉(zhuǎn)換為字符型并通過OLED_Write_Data()函數(shù)輸出到OLED屏幕上，最終實(shí)現(xiàn)在屏幕上顯示指定數(shù)字的功能。

【2】溫度測量代碼

以下是基于STM32F103C8T6主控芯片，通過IIC接口控制0.96寸OLED顯示屏顯示溫度，并通過串口打印溫度的代碼：

#include "stm32f10x.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"

#define OLED_ADDRESS 0x78 // OLED IIC地址

// PT100溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)
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); // 關(guān)閉顯示
    OLED_Write_Command(0xD5); // 設(shè)置時(shí)鐘分頻因子
    OLED_Write_Command(0x80); // 重要參數(shù)，必須設(shè)置，不然屏幕無法上電
    OLED_Write_Command(0xA8); // 設(shè)置驅(qū)動路數(shù)
    OLED_Write_Command(0x3F); // 默認(rèn)值
    OLED_Write_Command(0xD3); // 設(shè)置顯示偏移
    OLED_Write_Command(0x00); // 默認(rèn)值
    OLED_Write_Command(0x40); // 設(shè)置起始行
    OLED_Write_Command(0x8D); // 電荷泵設(shè)置
    OLED_Write_Command(0x14); // 開啟電荷泵
    OLED_Write_Command(0x20); // 設(shè)置內(nèi)存地址模式
    OLED_Write_Command(0x00); // 水平模式
    OLED_Write_Command(0xA1); // 段重新映射設(shè)置
    OLED_Write_Command(0xC0); // 設(shè)置COM掃描方向
    OLED_Write_Command(0xDA); // 設(shè)置COM引腳硬件配置
    OLED_Write_Command(0x12); // 默認(rèn)值
    OLED_Write_Command(0x81); // 對比度設(shè)置
    OLED_Write_Command(0xCF); // 默認(rèn)值
    OLED_Write_Command(0xd9); // 設(shè)置預(yù)充電周期
    OLED_Write_Command(0xF1); // 默認(rèn)值
    OLED_Write_Command(0xDB); // 設(shè)置VCOMH
    OLED_Write_Command(0x40); // 默認(rèn)值
    OLED_Write_Command(0xA4); // 關(guān)閉全屏點(diǎn)亮
    OLED_Write_Command(0xA6); // 設(shè)置顯示方式
    OLED_Write_Command(0xAF); // 開啟屏幕顯示
}

void OLED_Write_Command(uint8_t cmd) {  // 寫命令
    I2C1_Start();
    I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
    I2C1_SendByte(0x00);
    I2C1_SendByte(cmd);
    I2C1_Stop();
}

void OLED_Write_Data(uint8_t data) { // 寫數(shù)據(jù)
    I2C1_Start();
    I2C1_SendByte(OLED_ADDRESS);
    I2C1_SendByte(0x40);
    I2C1_SendByte(data);
    I2C1_Stop();
}

void OLED_Set_Pos(uint8_t x, uint8_t y) { // 設(shè)置光標(biāo)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) { // 在指定位置顯示溫度
    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; // 鉑電阻的電阻值
        float temperature = RTD2Temperature(resistance); // 算出溫度值

        // OLED顯示溫度
        OLED_Show_Temperature(0, 0, temperature);

        // 串口輸出溫度
        char str[32];
        sprintf(str, "Temperature: %.1f Crn", temperature);
        USART1_SendString(str);

        delay_ms(1000); // 延時(shí)1s
    }
}

利用RTD2Temperature()函數(shù)將鉑電阻的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值。接著，在OLED_Show_Temperature()函數(shù)中，調(diào)用了OLED_Set_Pos()函數(shù)來設(shè)置溫度顯示的位置，并將溫度值逐位分離，通過OLED_Write_Data()函數(shù)輸出到OLED屏幕上，最終實(shí)現(xiàn)在屏幕上顯示測量的溫度的功能。同時(shí)，也通過串口輸出溫度值。

在主函數(shù)main()中，不斷循環(huán)讀取鉑電阻的電阻值，并通過RTD2Temperature()函數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度值。然后，調(diào)用OLED_Show_Temperature()函數(shù)將溫度顯示在OLED屏幕上，并調(diào)用USART1_SendString()函數(shù)通過串口輸出溫度值。最后，通過delay_ms()函數(shù)延時(shí)1秒，等待下一次測量。