在温度监控系统设计中STM32有什么应用?

发布时间:2024-08-08  

引言

现代工业控制领域通常要测量很多信号,将其转化为计算机可以识别的二进制信号,并利用计算机监视和记录各种测量的信号。这个过程就要涉及到信号的采集和处理。CAN总线是一种串行多主总线,它卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计,特别适合工业过程监控设备的互连,因此,越来越受到工业界的重视,并已公认为最有前途的现场总线之一。本文介绍了基于STM32和CAN总线的温度监控系统的设计,通过上位机与下位机的通信,实现对温度数据的监控,并经初步实验达到了设计的要求。


1 系统总体方案概述

系统总体框图如图1所示,本系统采用主站+从站的结构,CAN主站主要实现温度数据的存储以及CAN总线协议和串口协议之间的桥接,CAN 从站主要实现温度的采集。CAN从站采集的温度,经过CAN总线传送到CAN主站,主站将各从站的温度值传送到系统上位机中。上位机对各点的数据进行实时曲线显示并进行存储,上位机可以设定报警值,当节点温度超过设定值的时候,上位机发出报警声。在没有上位机的场合,主站将数据以文本文档的形式存储在主站的SD卡中。


在温度监控系统设计中STM32有什么应用?

图1 系统总体框图


2 系统硬件设计

2.1 CAN主站硬件设计

主站电路如图2所示,主要有电源模块、STM32模块、CAN收发器模块、RS232串口模块和SD卡模块。

其中STM32模块由STM32F103RBT6和周边时钟、复位、调试等组成。电源模块由外部输入+5V电压,经线性压降AMS1117-3.3V后供 STM32使用。CAN收发器模块采甩NXP的高速收发器TJA1040,TJA1040是PCA82C250的替代品,它完全符合ISO 11898标准,具有高速、低功耗、低电磁辐射的优点。RS232电平转换芯片采用MAX3232,它具有低功耗、高数据速率以及增强型ESD保护等特性。采用专有的低压差发送输出级,+3.0 V至+5.5V供电时利用内部双电荷泵保证RS-232性能。工作时,电荷泵仅需要四个100 nF的小电容。SD卡模块采用四线制SPI总线与SD卡相连接。


2.2 CAN从站硬件设计

从站电路如图3所示,主要有电源模块、STM32模块,CAN收发器模块,PT100模块和从站地址选择模块。

在温度监控系统设计中STM32有什么应用?

图2 CAN主站电路框图 图3 CAN从站电路框图

其中电源模块、STM32模块和CAN收发器模块与CAN主站相同。PT100模块,采用传感器测量电桥,为了保证电桥输出电压信号的稳定性,电桥的输入电压通过TL431稳至2.5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入STM32的AD输入口。从站地址选择模块由8位拨码开关组成,连接到 STM32 I/O的PC6-PC13。


3 系统软件设计

本系统软件由CAN主站软件、从站软件以及Delphi上位机软件构成。其中CAN主站和从站程序用C语言编写,上位机程序用Obieet Pascal编写。


3.1 CAN主站软件设计

CAN主站的功能是发送远程帧向从站查询数据、通过AD的转换结果计算芯片内部温度传感器的温度值、接收从站发送的数据帧、发送温度数据到上位机或存储数据到SD卡。CAN主站程序如图4所示。

在温度监控系统设计中STM32有什么应用?

图4 CAN主站程序流程图 图5 写SD卡程序流程图

写SD卡部分程序流程图如图5所示,SD卡部分主要用到了移植的FATFS文件系统提供的访问FAT卷的应用接口(Application Interface)。主要用到了以下函数:

·f_mount-注册/注销一个工作区域

·f_open-打开/创建一个文件

·f_close-关闭一个文件

·f_lseek-移动/写指针,扩展文件大小

·f_puts-写字符串

·f_printf-写一个格式化字符串


3.2 CAN从站软件设计

CAN从站的主要功能是通过AD转换器检测PT100电桥的差分输出电压,然后计算得出此节点的温度值,最后通过CAN总线传送给CAN主站。其中只有在 CAN从站收到与自己节点号相同的主站发送的远程帧的时候,从站CAN控制器才发出一个数据帧。CAN从站程序流程图如图6所示。

在温度监控系统设计中STM32有什么应用?

图6 CAN从站程序流程图 图7 Delphi实时曲线部分流程图


3.3 Delphi上位机软件设计

本上位机软件主要实现了五个功能:实时曲线显示当前各从节点的温度;打印实时曲线;将实时曲线保存为图片;将实时曲线的数据保存为TXT文档以及实时温度超过报警值时报警。


本系统上位机串口通讯控件采用SPCOMM,该控件具有丰富的与串口通信密切相关的属性及事件,支持多线程;提供了对串口的各种操作。图形控件采用TChart,TCharc是Delphi里面一个标准的图形显示控件。它可以静态设计(At Design Time)也可以动态生成。该系统设计采用的版本为TeeChart 7;实时曲线部分流程图如图7所示。上位机程序完成后界面如图8所示。


图8 上位机界面


4 结束语

本文介绍了基于STM32和CAN总线的温度监控系统的设计,初步实验证明,上述的硬件及软件设计基本达到了设计要求。本系统适用于多节点、远距离的场合,并具有实时性好、可靠性高的特点,具有一定的应用价值。


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>