实时温控报警器设计

嵌入式系统原理与应用综合设计实时温控报警器设计系部电子与信息工程系专业班级电子信息工程姓名学号小组成员指导教师目录1绪论111嵌入式系统简介112课程设计目的213课程设计题目及设计要求2131设计题目2132设计要求2133工作流程2134实验设备与器材32设计方案421总体方案43硬件设计531隔热器模块5311继电器PCM8032AR简介5312PCM8032AR硬件结构6313PCM8032AR功能结构732ARM开发板7321LM3S2110简介74软件设计941系统控制软件概述9411系统软件主要实现以下几大功能9412程序的总体结构1042系统软件的设计10421主程序设计10422键盘读取与LCD1602液晶屏显示子程序设计1043设计过程及结果11431对于键盘操作的描述11432对于LCD1602液晶屏显示器的描述11433程序执行基本流程125系统程序设计与调试1351方案的程序调试136结束语1461设计调试过程中遇到的问题以及解决方法1462课程设计体会1463致谢147参考文献158附件材料1681实物图1682程序清单及说明161绪论11嵌入式系统简介嵌入式系统是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪的专用计算机系统，是继IT网络技术之后的又一新技术发展方向。由于具有体积小、功耗低、可靠性高以及面向多行业应用的特征，嵌入式系统目前已被广泛用于国防军事、电子消费、网络通信、工业控制等领域，具有极为广阔的发展前景。结合INTERNET技术，嵌入式系统目前已普遍应用于智能公路（车辆导航、信息监测等）、植物工厂（无土栽培、智能种子工程等）、虚拟现实（VR）（交通警察、家用机器人等）、信息家电（冰箱、空调网络化、自动抄表、防火/防盗系统等）、先进工业自动化（电网安全等）、POS网络及电子商务（交通卡、电话卡、自动售货机等）。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。图1常见的嵌入式系统应用实例12课程设计目的通过本次课程设计，运用已学的课程知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试，对ARM嵌入式系统原理课程中涉及的芯片结构、控制原理、硬件和编程等方面有一定的感性认识和实践操作能力，从而加深对本课程知识点的理解，使应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面有显著提高。13课程设计题目及设计要求131设计题目实时温控报警器设计132设计要求利用实验系统的资源来设计一个“带LCD1602液晶屏显示的实时温控报警器”。控制面板包括LCD1602液晶屏显示、四个数字按键键盘、电源按键、电源指示灯、运行键。133工作流程工作流程如下（1）按下电源键，电源指示灯亮，通过数字键设定需控制的温度，并在LCD1602液晶屏上显示。（2）温度设定完后，启动系统运行，启动加热器，对水进行加热。（3）LCD1602液晶屏实时显示当前的温度，超过设定温度值时，关闭加热器，并使报警指示灯亮。（4）运行过程中，若再按下电源键，则系统停止，电源指示灯灭。134实验设备与器材实验设备LM3S2110、PC机一台。实验器材LCD1602液晶屏、4个独立按键、蜂鸣器、LM75A数字温度传感器、加热器、继电器PCM8032AR。2设计方案21总体方案利用键盘来控制温度的设计，为了使按键更有目的性，利用四个按键来控制温度的设置，当按下一个按键后，首先判断按下的按键时哪个键，假设按键是“KEY4”，则LCD1602液晶屏上显示摄氏温度，随即再按“KEY3“键，则此键设置报警温度显示在LCD1602液晶屏上；若按键为“KEY2”，则华氏温度显示在LCD1602液晶屏上，随即再按“KEY1”键，则此键显示在LCD1602液晶屏上为复位。为了使显示更能体现是摄氏温度和华氏温度，在LCD1602液晶屏上显示“C”、“F”。初始温度设置完毕后，然后与LM75A数字温度传感器送进来的实际温度进行比较，若实际温度大于所设置的温度，则蜂鸣器蜂鸣；反之，蜂鸣器不蜂鸣。3硬件设计系统结构框图如图2所示。1温度测量采用LM75A数字温度传感器；2按键、显示4个独立按键及LCD1602液晶屏；3ARM开发板LM3S2110；4加热器和ARM开发板之间继电器或光电隔离，实现高压电与低压电的隔离。ARM开发板温度测量隔离器键盘、显示电源报警器加热器图2系统结构框图31隔热器模块加热器和ARM开发板之间须加隔离，实现高压电与低压电的隔离。（光电或继电器隔离）所以我们采用继电器PCM8032AR来进行隔离。311继电器PCM8032AR简介PCM8032AR是一款用于PC/104总线的数据板卡，完全符合PC/104总线标准。板载16路功率继电器输出和16路光耦隔离的数字输入。继电器的可靠转换电压为5VDC到220VDC。板载继电器具有2排相同并列排列的NO和NC触点，该模块板可用于交流或直流大功率电路的通断、马达和传动装置控制以及高低电压转换。光耦隔离数字通道输入电压绝对值达35V30V，并允许有双极性输入，连接线路时无须考虑正负。PCM8032AR的继电器输出信号在系统复位后会失效，以防止出现误操作。312PCM8032AR硬件结构如图3所示，CN1是数字量输入接口，CN2与CN3是继电器输出接口。图3继电器硬件结构图313PCM8032AR功能结构图4PCM8032AR功能结构图32ARM开发板321LM3S2110简介LUMINARYMICRO公司STELLARIS所提供一系列的微控制器是首款基于ARMCORTEXM3的控制器，它们为对成本尤其敏感的嵌入式微控制器应用方案带来了高性能的32位运算能力。这些具备领先技术的芯片使用户能够以传统的8位和16位器件的价位来享受32位的性能，而且所有型号都是以小占位面积的封装形式提供。该STELLARIS系列芯片能够提供高效的性能、广泛的集成功能以及按照要求定位的选择，适用于各种关注成本并明确要求具有的过程控制以及连接能力的应用方案。该STELLARISLM3S1000系列使用更大的片上存储器、增强型电源管理和扩展I/O以及控制功能来扩展STELLARIS家族。该STELLARISLM3S2000系列是针对控制器局域网（CAN）应用方案而设计的一组芯片，它在STELLARIS系列芯片的基础上扩展了BOSCHCAN网络技术短距离工业网络里的黄金标准。该STELLARISLM3S2000系列芯片还标志着先进的CORTEXM3内核和CAN能力的首次结合运用。该STELLARISLM3S6000系列芯片结合了10/100以太网媒体访问控制（MAC）以及物理层（PHY），标志着ARMCORTEXM3MCU已经具备集成连接能力，还是唯一集成了10/100以太网MAC和PHY物理层的ARM架构MCU。该STELLARISLM3S8000系列结合了BOSCH控制器局域网技术和10/100以太网媒体访问控制MAC以及物理PHY层。该LM3S2110微控制器是针对工业应用方案而设计的，包括远程监控、电子贩售机、测试和测量设备、网络设备和交换机、工厂自动化、HVAC和建筑控制、游戏设备、运动控制、医疗器械、以及火警安防。除此之外，该LM3S2110微控制器的优势还在于能够方便的运用多种ARM的开发工具和片上系统（SOC）的底层IP应用方案，以及广大的用户群体。另外，该微控制器使用了兼容ARM的THUMB指令集的THUMB2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。最后，LM3S2110微控制器与STELLARIS系列的所有成员是代码兼容的，这为用户提供了灵活性，能够适应各种精确的需求。为了能够帮助用户产品快速的上市，LUMINARYMICRO公司提供了一整套的解决方案，包括评估和开发用的板卡、白皮书和应用笔记、方便使用的外设驱动程序库、以及强劲的支持、销售和分销网络。4软件设计41系统控制软件概述411系统软件主要实现以下几大功能1利用键盘设置初始判断温度，并在LCD1602液晶屏上显示；2通过LM75A数字温度传感器将感应的实际温度送入寄存器3根据设定的参数初值对数据进行判断，从而开启或关闭加热器，并控制蜂鸣器的报警。程序初始化打开中断低电平读键盘值判断键盘值输入报警温度NNM蜂鸣器响蜂鸣器不响Y判断键盘值输入实时温度MNYYNY图5控制系统主程序流程图412程序的总体结构程序开始是定义位地址，定义温度传感器的位地址，温度值的储存缓存区的地址，显示缓存区地址。然后是复位和中断入口地址表设定主程序MAIN的入口地址0000H、外部中断源INT0的中断入口地址0003H。其次是系统的主程序在主程序中分为若干个子程序，通过依次对各个子程序地调用来完成整个系统的程序运行。42系统软件的设计421主程序设计主程序中仅实现系统的初始化，对系统进行自检和调用数据处理子程序。包括键盘读取子程序，温度传感器获取温度子程序，温度转化子程序，显示子程序。422键盘读取与LCD1602液晶屏显示子程序设计由键盘输入键值并判断而后在LCD1602液晶屏上显示。ZLG7290I2C接口键盘及LCD1602液晶屏应用流程图如图6。设置P1口为准双向向ZLG7290送入显示初值是否有键按下读出键值LCD1602液晶屏显将键值输出到LCD1602液晶屏NY图6键盘扫描及显示流程图43设计过程及结果431对于键盘操作的描述所有键盘都以十六进制进行控制。其中数字09即为十六进制的00001001。0X60作为显示温度的控制键。0X50作为设置报警温度控制键，0X30作为摄氏温度和华氏温度的转化，0X00作为复位温度的控制键。432对于LCD1602液晶屏显示器的描述用一个LCD1602液晶屏来实现实验。其中第一位显示C，表示温度单位。第二位显示“”，第三位显示个位温度；第四位显示十位温度，第五位显示“”，表示温度报警。433程序执行基本流程1输入一个两位温度给模块作为其初始温度。显示温度在LCD1602液晶屏上的第0X85、0X86位。2假设一个具体数值，如32,把此数值假设为温度传感器感应的温度，与LCD1602液晶屏上显示的报警温度进行比较。3若32小于LCD1602液晶屏上显示的报警温度，则蜂鸣器无任何操作。因为对应管脚位低电平，蜂鸣器不激活。4若32大于LCD1602液晶屏上显示的报警温度，则蜂鸣器蜂鸣。因为对应管脚为高电平。5在步骤4的情况下，按下“KEY3”键可再次改变LCD1602液晶屏上显示的报警温度。6在步骤5的情况下，若LCD1602液晶屏上显示的报警温度大于32，则蜂鸣器不工作，即停止蜂鸣。5系统程序设计与调试51方案的程序调试此方案是通过四个按键来控制温度的设置，首先通过按键来输入键值，然后判断所输入的键值是什么，如果是“KEY4”，则LCD1602液晶屏显示传感器实时温度；如果是“KEY3”，则LCD1602液晶屏上显示设置的报警温度,如果是“KEY2”，LCD1602液晶屏上显示摄氏温度转化为华氏温度,如果是“KEY1”，则LCD1602液晶屏上显示复位温度,最后判断由LM75A温度感应器传送进来的温度值是否大于LCD1602液晶屏显示的报警温度，若是则蜂鸣器鸣响。详细程序清单参阅附件材料。6结束语61设计调试过程中遇到的问题以及解决方法满足报警温度，蜂鸣器就会一直鸣响，不管以后温度是否低于报警温度，这个问题也困扰了我很久，最后我分析了一下，发现是因为程序只写了满足条件蜂鸣器响，而没有写不满足时蜂鸣器不响，所以跳入蜂鸣器响的程序，程序一直执行就蜂鸣。后来我在主函数MAIN中加了一句话ELSE语句；这句话的作用是不满足时蜂鸣器不响。62课程设计体会通过这次的课程设计，我学到了很多东西，原先我对嵌入式系统并不是很了解，但是现在我对嵌入式系统有了更进一步的理解，在我们的生活中无处不存在嵌入式系统，交通信号灯、车灯、DV、数码相机等等一系列电子产品。通过这次实践，我对ZLG7290，数码管，蜂鸣器，LM75A等一些器件有了深入的了解，知道了它们的结构与功能，以及相关的函数功能与运用，真正地把所学运用到了实际中，更好把课本与实际相结合。也学会如何运用网络和图书馆来查找相关的资料与整合。63致谢这次的课程能够顺利的完成，我要特别感谢我的指导老师徐振、陶亚雄老师。他们对我的这次课程设计提供很大的帮助，没有他们我不可能顺利完成，在他们的帮助下，我把所学的知识运用到了实际中，又在实践学会很多。再次感谢两位老师的悉心教导和帮助。7参考文献1周立功ARM嵌入式系统基础教程北京北京航空航天大学出版社,200512周立功ARM嵌入式系统实验教程第三版北京北京航空航天大学出版社,200593周立功ARM嵌入式系统实验教程第三版扩展实验北京北京航空航天大学出版社,2005114田泽嵌入式系统开发与应用实验教程第二版北京北京航空航天大学出版社,200545LABROSSEJJEAN邵贝贝译嵌入式实时操作系统C/OSII第二版北京北京航空航天大学出版社,2003参考网站1周立功单片机WWWZLGMCUCOM；2广州致远电子网页WWWEMBEDCONTROLCOM；3电子电路图网WWWCNDZZCOM；4中国互动出版网HTTP/WWWCHINAPUBCOM。8附件材料81实物图图7键盘及数码管图8LM75A82程序清单及说明INCLUDE“SYSTEMINITH“DEFINELCDENGPIO_PIN_0/PB0DEFINELCDRSGPIO_PIN_1/PB1DEFINEKEY_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOB/数码管段选,GPIOB模块DEFINEKEY_PORTGPIO_PORTB_BASEDEFINEKEY_PINSGPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6DEFINEBUZ_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOH/BUZDEFINEBUZ_PORTGPIO_PORTH_BASEDEFINEBUZ_PINSGPIO_PIN_0DEFINEKEY1_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOH/数码管段选,GPIOH模块DEFINEKEY1_PORTGPIO_PORTH_BASEDEFINEKEY1_PINSGPIO_PIN_1UNSIGNEDCHARDATA/PD0PD7UNSIGNEDCHARNUMVOIDWRITE_COMUNSIGNEDCHARCOM/写命令GPIOPINWRITEGPIO_PORTB_BASE,LCDRS,0X00/LCDRS0GPIOPINWRITEGPIO_PORTD_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7,COM/PDCOMSYSCTLDELAY5THESYSCLOCK/4000/延时5MSGPIOPINWRITEGPIO_PORTB_BASE,LCDEN,0XFF/LCDEN1SYSCTLDELAY5THESYSCLOCK/4000GPIOPINWRITEGPIO_PORTB_BASE,LCDEN,0X00/LCDEN0VOIDWRITE_DATAUNSIGNEDCHARDATEGPIOPINWRITEGPIO_PORTB_BASE,LCDRS,0XFF/LCDRS1GPIOPINWRITEGPIO_PORTD_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7,DATE/PDDATESYSCTLDELAY5THESYSCLOCK/4000GPIOPINWRITEGPIO_PORTB_BASE,LCDEN,0XFF/LCDEN1SYSCTLDELAY5THESYSCLOCK/4000GPIOPINWRITEGPIO_PORTB_BASE,LCDEN,0X00/LCDEN0VOIDINITSYSCTLPERIENABLESYSCTL_PERIPH_GPIOD/使能A端口GPIOPINTYPEOUTGPIO_PORTD_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7SYSCTLPERIENABLESYSCTL_PERIPH_GPIOBGPIOPINTYPEOUTGPIO_PORTB_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1GPIOPINWRITEGPIO_PORTB_BASE,LCDEN,0X00/LCDEN0WRITE_COM0X38/8位数据，双列，57字形WRITE_COM0X0C/显示功能开，有光标，光标闪烁WRITE_COM0X06/WRITE_COM0X01/开始清屏/主函数（程序入口）INTMAINVOIDCLOCKINIT/时钟初始化晶振，6MHZSYSCTLPERIENABLEKEY_PERIPH/使能KEY所在的GPIO端口GPIOPINTYPEINKEY_PORT,KEY_PINS/设置KEY所在管脚为输入SYSCTLPERIENABLEKEY1_PERIPH/使能KEY所在的GPIO端口GPIOPINTYPEINKEY1_PORT,KEY1_PINS/设置KEY所在管脚为输入SYSCTLPERIENABLEBUZ_PERIPH/使能BUZ所在的GPIO端口GPIOPINTYPEINBUZ_PORT,BUZ_