基于STM32设计的炉温温度检测仪
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。
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 ", 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。