【《恒压供水系统的硬件和软件设计案例》6600字】

第i图2-9电机驱动电路图2-10电机驱动电模块1.6液晶显示与按键电路在恒压供水系统中，使用液晶屏实时的监控水压状态，查看设定的水压值。以便了解当前供水系统的状态。通过按键可以设定新的水压值，以及对恒压供水系统出现突发情况时进行紧急停止。下面将对液晶显示电路和按键电路的工作原理进行分析。本次恒压供水系统中显示部分，采用的是LCD1206液晶屏，它可以显示32个字符每一行显示16个字符，一共两行。每一个字符由5*7或者5*11等点阵字符位组成，可以显示数字、符号、字母，在每一字符和两行之间有一个点的间距。LCD1206共有16个引脚，每个引脚的功能定义如表2-1所示。表2-1LCD1206引脚功能的定义编号符号引脚作用编号符号引脚作用1VSS电源正极9D2数据口2VDD电源地10D3数据口3VO晶显示对比度调节（即亮度需要接滑动电阻）11D4数据口4RS数据命令选择端（H\L）12D5数据口5RW读写选择端（H\L）13D6数据口6E使能端14D7数据口7D0数据口15BLA背光电源正极8D1数据口16BLK背光电源负极引脚VO是LCD1206的屏幕背光调节，它可以通过滑动变阻器或者PWM进行调节背光亮度。在本次设计中使用的是滑动变阻器对其调节，并在BLA背光电源正极加上限流电阻，用于保护液晶屏。LCD1206其他引脚可直接如单片机的通用I/O口，其连接电路如图2-11所示。图2-11液晶显示电路按键电路中一共设置了四个按键分别的作用是增加、减少设定压力值、确定输入按键、开启和停止按键。按键为独立按键，在无按键按下时通过下拉电阻将接入单片机的引脚拉低，有键按下时接入3.3V高电平，连接电路图如图2-12所示。图2-12按键电路1.7电路工作原理分析如图2-13是本次设计的完整电路图设计，它主要是分为了八个模块，采用AltiumDesigner软件进行原理图绘制。在本次电路中主要是利用STM32F103C8T6作为核心控制器，实现恒压供水系统的设计。电路的工作原理如下：将FSR402压力传感器的引脚接入STM32F103C8T6带有AD转换端口，通过FSR402压力传感器将水压模拟量采集然后由单片机内部的ADC模块转换为数字量，在经过程序计数后得到相应压力值。最后分别送给液晶屏显示和PWM控制输出，在得到压力之后与预先通过按键设置压力值比较，若是低于设定压力值则控制电机转速增加，若是高于或等于设定压力值则控制电机转速减少或恒定输出。图2-13完整电路图

2恒压供水系统软件设计2.1软件设计流程图3-1软件设计流程恒压供水系统所实现的主要功能是维持供水压力的恒定，根据压力传感器采集到的水压与设定的水压进比较，然后控制水泵电机的输出。整体的程序设计分为如下几个步骤。先对单片机所用到的外设资源进行初始配置，如LCD液晶显示模块、ADC模数转换模块、PWM输出、按键输入的GPIO口等进行相应的配置。在初始化完成后，首先对按键输入进行扫描，如检测到有按键输入则处理相应的按键功能。完成按键扫描部分后，则将压力传感器采集到的水压数据处理完成A/D转换，然后将得到的水压数据与设定值比较调节PWM输出控制电机运行，最后将实时水压值和设定水压值用液晶屏显示。软件设计流程图如图3-1所示。图3-1软件设计流程2.2软件整体设计2.2.1初始化模块初始化模块主要是对A/D转换、LCD液晶显示、定时器PWM输出、按键输入的GPIO口等相关外设进行初始配置。在程序编写时采用STM32的标准库进行编写，下面对所用的外设资源进行初始化配置，初始化流程图如图3-2,源代码见附录B。图3-2初始化流程图2.2.2按键模块通过扫描按键的输入引脚来确认按键对应的功能,在按键输入为高电平时有效输入,本次按键模块是由四个独立的按键组成,它们的功能分别是：增加设定压力值、减少压力设定值、确认输入值、开启/停止这四种功能。在按键按下的过程中因为机械触点的弹性作用，在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5～10ms。而按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。为了防止按键的误动作所以需要在软件上设计消抖处理。在软件设计中采用延时消抖的方法，对按下按键持续检测20ms，若还是保持按下状态则确认按键按下。下面为按键处理流程图如图3-3源代码见附录B。图3-3按键处理2.2.3水压采集模块压力传感器能测量的压力为0.2N~60N,对应输出的模拟电压为0~2.3V，所以每1V约为18N。先通过AD采集到对应压力的输出的模拟电压，然后转换为数值。在STM32F103中AD的基准电压为2.3V，转换精度为12位满量程时数值为4096，这样每1V对应数值为1241。具体的软件设计流程为先通过AD将模拟电压转换为数值，再利用转换后的数值计算出实际模拟电压，最后将计算好的模拟电压乘以18N，这样则得到最终的压力值水压采集模块流程图如图3-4，源代码见附录B。图3-4水压采集2.2.4驱动电机模块本次课题设计是利用电机模拟水泵的运行状态，控制是采用PWM模式对电机实现调速运行。要实现输出PWM控制电机需要完成如下的配置，首先使能定时器和相关IO口时钟特别注意是IO要复用输出，若做普通的IO口输出则无法实现PWM输出控制。接下来则初始化定时器，需要重点关注的是计数器（TIMx_CNT）、自动重装载寄存器（TIMx_ARR）和捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）的配置它们是确定时间周期和占空比信号，在向上计数模式下当TIMx_CNT<TIMx_CCRx时，PWM参考信号为高，否则为低。如果TIMx_CCRx中的值大于TIMx_ARR，则

OCxREF保持为1。如果

TIMx_CCRx值为0，则

OCxREF保持为0。OCxREF为PWM输出的高低电平，在完成如上配置后使能定时器。通过改变比较值TIMx_CCRx，达到不同的占空比效果。源代码见附录B。2.2.5液晶显示模块液晶显示模块是用来显示水压的实时数值和设定水压值，通过液晶屏显示可以更直观的了解系统的运行状态。本次设计选用的LCD1602它是一款字符型的显示液晶屏，可以显示32个字符。在控制上主要是对LCD1602的3个功能端口控制然后通过八位数据端口进行数据传输。具体为RS：数据/命令选择端，它控制着指令操作和数据操作，RS=0即对LCD指令操作，RS=1即对LCD数据操作。RW：读写选择端，顾名思义其作用就是控制读和写的，RW=0即对LCD进行写操作（可以写指令或者数据），RW=1即对LCD进行读操作。E：使能信号，E的一次脉冲代表操作的开始。D0~D7为数据端口，显示模块流程图如图3-5源代码见附录A。图3-5液晶屏显示2.3实物制作与仿真调试在实物的制作中首先准备材料清单，具体的材料清单见表3-1。表3-1材料清单编号器件数量/个编号器件数量/个1STM32F103C8T6核心板11010K滑动变阻器12压力传感器模块1111K电阻43电机驱动模块1124.7K电阻44液晶显示屏11310K电阻25直流电机1140.1uF陶瓷电容56风扇叶115导线若干7按键416焊锡若干在准备好材料清单后开始焊接制作，利用洞洞板将每一个器件或模块焊接好，在焊接的过程中注意不能虚焊，若是出现虚焊则会导