基于UC/OSII操作系统的温度采集系统的设计

【摘要】本文介绍了基于UC/OSII操作系统的温度采集系统的设计，硬件系统包括微控制器，热敏电阻式温度传感器和串口通信MAX3232。该系统体积小，功耗低，电路简单。

【关键词】UC/OSII操作系统；单片机；温度采集

Abstract：A temperature acquisition system based on uc/os-II operating system is reported in this paper.Hardware system includes microcontroller，thermistor temperature sensor and serial port communication MAX3232.The system has the advantages of small volume，low-power and simple circuits.

Keywords：UC/OSII operating system；single computer；temperature acquisition

1.系统介绍

本系统是基于UCOSII操作系统的温度采集系统，微控制器采用的是意法半导体（ST）公司推出的基于ARM CortexM3内核的STM32F103增强型系列STM32F103VC。传感器使用的是具有负温度系数的热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，通过AD采样其电压值，就可以算出对应的阻值，再查询热敏电阻的温度――阻值系数表，就可以得出当前的温度。该系统的显示分为两个部分，从机显示和主机显示，从机显示采用的是一个2.8寸的TFT彩色液晶，调用液晶的显示库函数，只需要设定好函数的各项参数，也就是显示的坐标和显示内容，就可以在液晶屏上看到我们想看到的内容了。主机显示即上位机显示，用VC编写显示的界面。

2.功能模块以及硬件电路介绍

2.1 微控制器

Stm32f103vc是一个基于cortex-M3的32位ARM7微控制器，并带有64或128kB的嵌入式高速Flash存储器，最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz。

由于内置了宽范围的串行通信接口（3个USART、SPI和2个I2C）和20KB的片内SRAM，7通道DMA控制器，支持的外设有定时器、ADC、SPI、I2C和USART，使得Stm32f103vc也适合用在通信网关和协议转换器中。3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器。

2.2 传感器

方案一：采用Pt10铂电阻作为检测温度的传感器，其原理是将温度的变化反应到电阻的电压的变化上，经过A/D转换器将其转换成数字量，与其温度的变化相同。其优点是测量的范围广，缺点是成本高，辅助电路复杂，难维护。

方案二：采用半导体温度传感器DS18B20，DS18B20为可编程数字式温度传感器，将采集到的温度转换成二进制数保存在传感器中，SCM可以通过对DS18B20的寄存器的访问读出寄存器的值，DS18B20内部有上下限报警值设定寄存器，可以对传感器进行上下限报警设定。其优点是操作简单，硬件电路简单，不易受到外界的干扰。

方案三：采用热敏电阻，其阻值随温度的变化而变化，一般分为两种基本类型，负温度系数（NTC）和正温度系数（PTC），NTC表现为阻值随温度的升高而减小，PTC表现为阻值随温度的升高而升高，这两种热敏电阻都各自具有优点和特点，以适应不同的应用场合，其应用电路简单，成本低，在测量精度要求不是很好的场合，热敏电阻是很好的选择，基于以上考虑，在本系统中采用的是分温度系数的热敏电阻。

3.显示模块介绍

3.1 从机显示模块

从机显示模块采用的是一个2.8寸的TFT彩色液晶显示器，该液晶具有操作简单，显示的信息量大而且设计灵活的特点，显示只需要在转换结束以后调用显示的库函数，设置好各项参数，需要的内容就会显示在液晶屏上。

3.2 主机显示

主机显示采用的PC机，用VC编写一个从串口接收数据的界面。在串口打开之前界面如图3.1所示。

图3.1 上位机显示界面

4.硬件电路

4.1 电源电路

本系统采用的Stm32f103vc，其供电电源3.3V，其内核供电为1.8V，采用的是线性三端集成稳压芯片U10 LT1117-3.3，具体电路图如图4.1所示。

图4.1 系统的供电电路图

图4.2 串口接口电路图

4.2 串口通信电路

在本系统中需要用到串口通信。控制发送数据到PC上显示。在串口通信中使用到的芯片是MAX3232，MAX3232是一种低功耗拥有两个接收器和两个发射器的串口接口芯片。它兼容了RS-232的特性。供电范围是3V-5.5V.在MAX3232内部，有两个充电泵。该芯片的电路非常简单，外部只需要接上4个0.1uF的充电电容就可以使用了。通信速率在120kbps能够保证数据不出错。并且能够保持RS232的输出电平。MAX3232具有低至1uA的关闭模式，在便携式设备中，降低了电源的消耗，延长了电池的寿命。在低能耗的关闭模式中，接收器任然处于激活模式，允许调制解调器接收数据，其应用电路如图4.2所示。

4.3 传感器应用电路

在本系统中，传感器使用的是具有负温度系数的热敏电阻（NTC），其测温原理是：热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，热敏电阻两端的电压也相应的降低，通过STM32内部的AD采样就可以得到热敏电阻两端的电压，其应用电路如图4.3所示。

图4.3 热敏电阻应用电路图

图5.1 从机软件流程图

图5.2 主机软件流程图

假如在某一时刻采样得到的电压值为A伏，此时热敏电阻的阻值为B欧，计算出此时点电阻值，再查询热敏电阻的阻值与温度关系的对应表，就可以得出此时的温度。

图5.3 主机接收数据界面

5.软件流程图以及应用软件

5.1 下位机软件流程图

该模块主要是实现NTC温度传感器测温功能，首先读取AD转换的值，然后根据此值计算所对应的温度值。输出参数为十进制的温度值。程序流程图如图5.1所示。

5.2 上位机软件流程图

图5.4 设计实物图

该模块主要是完成接收下位机传送上来的数据，并将数据以正确的形式显示在控制界面当中。该模块包括界面的设计以及具体的响应函数的设计。

上位机的串口通信用的不是VC自带的MSCOMM控件，这里使用一个动态库，分别是Pcomm.h，Pcomm.lib，Pcomm.dll。输入参数为串口的接收数据，输出参数为编辑框的显示数据。程序的流程图如图5.2所示。打开串口后主机接收数据时的界面如图5.3所示。设计的实物图如图5.4所示。

参考文献

[1]周立功.ARM嵌入式系统基础教程（二）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程（三）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[3]周立功等.EasyArm2131教材[M].

[4]谭浩强著.C程序设计（第三版）[M].清华大学出版社，2007.

[5]周旭.现代传感器技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[6]田泽.嵌入式系统开发与应用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

作者简介：

党长青（1987―），男，山东沂水人，贵州大学电气工程学院检测技术与自动化装置专业硕士研究生，主要研究方向：计算机测控技术。

熊锦玲，女，湖北宜昌人，贵州大学电气工程学院检测技术与自动化装置专业硕士研究生，研究方向：计算机测控技术。

陈湘萍（1965―），女，湖南湘乡人，高级工程师，贵州大学电气工程学院副教授，硕士生导师，主要研究方向：计算机测控技术。