畢業(yè)論文基于STM32F103單片機的智能電表交流電壓電流設(shè)計

基于STM32F103單片機的智能電表交流電壓電流設(shè)計摘要隨著電力系統(tǒng)電量的日益擴大和電壓運行等級的不斷提高，傳統(tǒng)的電量檢測系統(tǒng)暴露出越來越多的缺點，難以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)向自動化、數(shù)字化的需要。本設(shè)計由STM32單片機核心板電路、交流電壓電流檢測模塊電路、WIFI模塊電路組成。通過電壓互感器TV1005M和電流互感器TA1005M分別檢測交流電壓和交流電流值，手機APP和WiFi模塊互聯(lián)后，可以實時顯示交流電壓、交流電流、功率和電量實時顯示在手機上。當功率超過200W時，繼電器自動斷開。功率不超過200W時，可以手動控制繼電器的開關(guān)。手機和WiFi模塊連接后，手機上顯示計時時間。關(guān)鍵字：單片機；WIFI模塊；交流電壓電流檢測；安卓APP目錄TOC\o"1-3"\h\u8244第一章緒論 3170291.1課題背景及其意義

3160431.2

國內(nèi)外的研究狀況

322691.3本文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排 430344第二章方案的設(shè)計與論證 5287172.1控制方案的確定 512752.2控制方式的選擇 592952.2.1單片機芯片的選擇 5174862.2.2無線遙控模塊的選擇 625805第三章硬件電路的設(shè)計 7211313.1系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 7270233.1.1系統(tǒng)功能分析 7230283.1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 797013.2模塊電路的設(shè)計 8292883.2.1STM32單片機核心電路設(shè)計 894223.2.2ESP8266WIFI模塊電路設(shè)計電路設(shè)計 1028143.2.3TV、TA-1005-1M交流電壓電流互感器模塊電路設(shè)計 111362第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 17189664.1編程語言選擇 17144234.2單片機程序開發(fā)環(huán)境 17192884.3ARM軟件開發(fā)流程 18324364.4FlyMcu程序燒錄軟件介紹 19200854.5PL2303串口程序燒寫模塊介紹 20217374.6程序流程圖 211752第五章系統(tǒng)焊接與調(diào)試 23281215.1電路焊接 2372615.2系統(tǒng)調(diào)試 2462515.2.1系統(tǒng)程序調(diào)試 24140475.2.2硬件測試 24264605.3實物測試 2510059致謝 2721626參考文獻 28緒論1.1課題背景及其意義

交流電與人們的生活緊密聯(lián)系，不論是學習、工作還是娛樂都離不開交流電。電網(wǎng)電壓在使用中會因為各種突變引起電壓電流突變。有時大的電壓變化可能損壞用電設(shè)備，特別是在工廠出現(xiàn)這種情況將會造成巨大的經(jīng)濟損失。因此能夠?qū)崟r顯示電網(wǎng)電壓和用電電流并能把數(shù)值上傳到上位機進行集中監(jiān)控的電壓電流儀表具有重要意義。

交流數(shù)字電壓電流表是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（交流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電壓表，精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D

轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。新型數(shù)字電壓表以其高準確度、高可靠性、高分辨率、高性價比等優(yōu)良特性倍受人們的青睞。1.2

國內(nèi)外的研究狀況

電壓電流測量是電子測量的一個重要內(nèi)容。測量儀器總的可分為兩大類：即模擬式和數(shù)字式的。模擬式的電壓電流表是指針式的。用磁電式電流表作為指示器，并在電流表表盤上以電壓或電流刻度。它主要由電阻R和表頭串聯(lián)組成，測量部件表頭的設(shè)計是利用載流線圈在磁場中受力矩作用的原理。數(shù)字式電壓電流表首先將模擬量通過模/數(shù)（A/D）變換器變成數(shù)字量，然后用電子計數(shù)器計數(shù)，并以十進制數(shù)字顯示被測電壓值。

模擬式電壓電流表由于電路簡單、價廉，特別是在測量高高頻電壓時，其測量準確度不亞于數(shù)字電壓電流表，故在目前，在電壓電流測量中仍將占有重要的地位。數(shù)字式電壓電流表在近年來已成為極其精確，靈活多用的電子儀器，并且價格正在逐漸下降。數(shù)字式電壓電流表能很好地與其他數(shù)字儀器相交接，因此在電壓測量系統(tǒng)中是非常重要的。目前數(shù)字電壓電流表具有實時顯示、顯示范圍寬、分辨率高、輸入阻抗高、集成度高、功耗小、抗干擾能力強、可擴展能力強等特點。1.3本文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排.主要介紹本設(shè)計的課題背景及國內(nèi)外研究狀況；.主要說明系統(tǒng)方案的選擇；第3章.主要介紹硬件電路的組成及使用方法；第4章.主要介紹軟件設(shè)計；第5章.主要介紹硬件調(diào)試。

第二章方案的設(shè)計與論證2.1控制方案的確定本設(shè)計由STM32單片機核心板電路+交流電壓電流檢測模塊電路+WIFI模塊電路+指示燈電路組成。

2.2控制方式的選擇2.2.1單片機芯片的選擇方案一采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器，CPLD可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟的角度考慮，最終放棄了此方案。方案二采用ST公司的STC89C52單片機作為主控制器，STC89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。該單片機功耗低、接口豐富，成本低廉，完全能滿足本設(shè)計要求。方案三采用單片機芯片控制MSP430單片機是美國德州儀器（TI）推出的一種16位超低功耗的混合信號處理器（MixedSignalProcessor），主要是針對實際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”混合信號處理的解決方案。MSP430F149是一個16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機，具有可靠性高、功耗低、擴展靈活、體積小、價格低和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、專用設(shè)備智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，有效地提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟效益，已成為眾多單片機系列中一顆耀眼的新星。方案四本文所選單片機控制芯片為STM32單片機，STM32系列處理器是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于ARM7架構(gòu)的32位、支持實時仿真和跟蹤的微控制器。使用ARM最新的、先進架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核，具有優(yōu)異的實時性能、杰出的功耗控制、出眾及創(chuàng)新的外設(shè)，并且最大程度的集成整合，十分易于開發(fā)，可使產(chǎn)品快速將進入市場。故選擇方案四。2.2.2無線遙控模塊的選擇方案一采用紅外遙控模塊系統(tǒng)進行無線控制，紅外載波頻率：38KHz，其理論遙控范圍為8-10米，遙控范圍內(nèi)，電路簡單，成本極低。中間有無障礙物等因素會影響到遙控距離，實際遙控距離可能更短，喪失了遙測的有用性。方案二使用WIFI模塊進行本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的無線傳輸。Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。Wi-Fi是一個無線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟(Wi-FiAlliance)所持有。目的是改善基于IEEE802.11標準的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。Wi-Fi主要是用于替代工作場所一般局域網(wǎng)接入中使用的高速線纜的。這類應(yīng)用有時也稱作無線局域網(wǎng)（WLAN）。其覆蓋性強，傳輸距離遠。方案三使用藍牙模塊進行本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的無線傳輸。藍牙可以替代很多應(yīng)用場景中的便攜式設(shè)備的線纜，在能夠應(yīng)用于一些固定場所，如智能家庭能源管理（如恒溫器）等。其數(shù)據(jù)傳輸為10米，但是數(shù)據(jù)傳輸速度不高。綜上所述，故選擇方案二。硬件電路的設(shè)計3.1系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1.1系統(tǒng)功能分析本設(shè)計由STM32單片機核心板電路+交流電壓電流檢測模塊電路+WIFI模塊電路+指示燈電路組成。1、通過電壓互感器TV1005M和電流互感器TA1005M分別檢測交流電壓和交流電流值，2、手機APP和WiFi模塊互聯(lián)后，可以實時顯示交流電壓、交流電流、功率和電量實時顯示在手機上。3、當功率超過200W時，繼電器自動斷開。功率不超過200W時，可以手動控制繼電器的開關(guān)。4、手機和WiFi模塊連接后，手機上顯示計時時間。名稱：AUAISOUT000IP及端口號:1:8080接受內(nèi)容：V:123A:12345P:1234567Q:1234567.89T:123R:1說明:(只增加R部分命令及發(fā)送內(nèi)容，其他未變動) V:123 表示123V交流電壓 字符5個長度不變?nèi)?2V表示V:012A:12345 表示12.345A交流電流 P:1234567 表示1234.567W瞬時功率即縮小1000倍 Q:1234567.89 表示1.23456789 度縮小1000000倍因為度的單位比較大kwhT:1234 表示1234S單片機設(shè)備運行時間R:1 表示繼電器接通供電中0表示斷開即過載發(fā)送內(nèi)容：*或者# #斷開供電*接通供電。3.1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)具體框圖如下圖所示：系統(tǒng)原理框圖3.2模塊電路的設(shè)計3.2.1STM32單片機核心電路設(shè)計STM32系列處理器是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于ARM7架構(gòu)的32位、支持實時仿真和跟蹤的微控制器。選擇此款控制芯片是因為本系統(tǒng)設(shè)計并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在實現(xiàn)本設(shè)計功能的前提下能夠提供更豐富的接口和功能以便于設(shè)計實驗系統(tǒng)各實驗項目所需的外圍擴展電路。此款控制芯片在完成單片機課程的學習后上手較為容易，在醫(yī)療器械中應(yīng)用廣泛，具有很好的學習、實驗研究價值。一、STM32的主要優(yōu)點：（1）使用ARM最新的、先進架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核（2）優(yōu)異的實時性能（3）杰出的功耗控制（4）出眾及創(chuàng)新的外設(shè)（5）最大程度的集成整合（6）易于開發(fā)，可使產(chǎn)品快速將進入市場二、STM32——最佳的平臺選項對于使用同一平臺進行多個項目開發(fā)而言，STM32是最佳的選擇：（1）從僅需少量的存儲空間和管腳應(yīng)用到需要更多的存儲空間和管腳的應(yīng)用（2）從苛求性能的應(yīng)用到電池供電的應(yīng)用（3）從簡單而成本敏感的應(yīng)用到高端應(yīng)用（4）全系列腳對腳、外設(shè)及軟件的高度兼容性，給您帶來全方位的靈活性。您可以在不必修改您原始框架及軟件的條件下，將您的應(yīng)用升級到需要更多存儲空間或精簡到使用更少存儲空間/或改用不同的封裝的規(guī)格。STM32F103C8T6單片機核心板接口電路圖如下圖所示。。STM32單片機核心板接口原理圖STM32單片機核心板內(nèi)部電路圖如下圖所示。STM32單片機核心板內(nèi)部原理圖STM32單片機實物圖如下圖所示。STM32單片機核心板實物圖3.2.2ESP8266WIFI模塊電路設(shè)計電路設(shè)計串口WIFI模塊是新一代嵌入式WiFi模塊，體積小，功耗低。采用UART接口。串口wifi模塊是基于通用串行接口特性，符合IEEE802.11協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)標準，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，使傳統(tǒng)串口設(shè)備更好的加入無線網(wǎng)絡(luò)。ESP8266是一款超低功耗的模塊，擁有業(yè)內(nèi)極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)計，可將用戶的物理設(shè)備連接到WIFI無線網(wǎng)絡(luò)上，進行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。ESP8266可廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、智能交通、智能家具、手持設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域。WiFi模塊電路圖如下圖所示。WIFI模塊電路原理圖WIFI模塊實物圖如下圖所示。WIFI模塊實物圖3.2.3TV、TA-1005-1M交流電壓電流互感器模塊電路設(shè)計本交流電流互感器模塊型號為TV1005-1M。本交流電流互感器模塊型號為TA1005M。電壓互感器介紹電壓互感器和變壓器類似，是用來變換線路上的電壓的儀器。電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來在線路發(fā)生故障時保護線路中的貴重設(shè)備、電機和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。特點是容量很小且比較恒定，正常運行時接近于空載狀態(tài)它也有兩個繞組，一個叫一次繞組，一個叫二次繞組。兩個繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有絕緣，使兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電氣隔離。電壓互感器在運行時，一次繞組N1并聯(lián)接在線路上，二次繞組N2并聯(lián)接儀表或繼電器。因此在測量高壓線路上的電壓時，盡管一次電壓很高，但二次卻是低壓的，可以確保操作人員和儀表的安全。電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。因此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現(xiàn)對地高電位而造成人身和設(shè)備事故。線路上為什么需要變換電壓呢？這是因為根據(jù)發(fā)電、輸電和用電的不同情況，線路上的電壓大小不一，而且相差懸殊，有的是低壓220V和380V，有的是高壓幾萬伏甚至幾十萬伏。要直接測量這些低壓和高壓電壓，就需要根據(jù)線路電壓的大小，制作相應(yīng)的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和繼電器。這樣不僅會給儀表制作帶來很大困難，而且更主要的是，要直接制作高壓儀表，直接在高壓線路上測量電壓，那是不可能的，而且也是絕對不允許的。模塊特點（1）體積小，精度高；印刷線路板直接焊接安裝，使用方便，外形美觀。（2）全封閉，機械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強，安全可靠。二、使用環(huán)境條件：（1）環(huán)境溫度：-55℃~+85℃；（2）相對濕度：溫度為40℃時不大于90%；（3）大氣壓力：860~1060mbar(約為650~800mmHg)。三、工作頻率范圍：20Hz~20kHz。四、絕緣耐熱等級：F級(155℃)。五、安全特性：（1）絕緣電阻：常態(tài)時大于1000MΩ；（2）抗電強度：可承受工頻2000V50Hz/1分鐘；（3）阻燃性：符合UL94-Vo級。六、輸入電壓：≤1000Vac電流互感器介紹電電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來測量的儀器。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次側(cè)繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中。因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次側(cè)繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的二次側(cè)回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。電流互感器是把一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)小電流來測量，二次側(cè)不可開路。在發(fā)電、變電、輸電、配電和用電的線路中電流大小懸殊，從幾安到幾萬安都有。為便于測量、保護和控制需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，另外線路上的電壓一般都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到電流變換和電氣隔離作用。電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，變壓器變換的是電壓而電流互感器變換的是電流罷了。電流互感器接被測電流的繞組（匝數(shù)為N1），稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；接測量儀表的繞組（匝數(shù)為N2）稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比K。電流互感器在額定電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n電流互感器（Currenttransformer簡稱CT）的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實際為400A的電流轉(zhuǎn)變?yōu)?A的電流。使用交流電流互感器將交流電流轉(zhuǎn)換成0-5V的直流電源電壓，單片機進行A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量，經(jīng)計算后得出實際的交流電流。TA1005M可以檢測最大交流電流為5A，其體積小，精度很高，電壓隔離強，安全。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。其主要靠電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)對電流信號的檢測的。一、特點：（1）輸入線圈為內(nèi)置式，印刷線路板直接焊接安裝，外形美觀；（2）體積小，精度高；全封閉，機械和耐環(huán)境性好，電壓隔離能力強、安全可靠。二、使用環(huán)境條件：（1）環(huán)境溫度：-55℃~+85℃；（2）相對濕度：溫度為40℃時不大于90%；（3）大氣壓力：860~1060mbar(約為650~800mmHg)。三、工作頻率范圍：20Hz~20kHz。四、絕緣耐熱等級：F級(155℃)。五、安全特性：（1）絕緣電阻：常態(tài)時大于1000MΩ；（2）抗電強度：可承受工頻2000V50Hz/1分鐘；（3）阻燃性：符合UL94-Vo級。六、最大檢測電流：5A。本交流電壓電流互感器模塊通過交流電壓互感器和交流電流互感器來檢測交流電壓和交流電流值，以及通過5V繼電器電路來負責是否切斷。交流電壓互感器型號為TV1005M，交流電流互感器型號為TA1005M。交流電壓電流互感器模塊內(nèi)部具體原理圖如下圖所示。R1為限流電阻，D1、D2為二極管，單向?qū)щ?。電容均為濾波作用，讓信號更加平穩(wěn)。R2、R3為分壓電阻，用來將采集的模擬信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。LED2為電源指示燈，R6為限流電阻，保護LED燈。J1為220V交流電輸入接口。J2為負載輸入接口。RL1為5V繼電器，在本電路設(shè)計中由于單片機引腳的電流驅(qū)動能力太小，不足以驅(qū)動繼電器的通斷。所以使9012三極管作為驅(qū)動元件驅(qū)動繼電器。1N4007二極管，當繼電器閉合或者斷開瞬間會產(chǎn)生反向感應(yīng)電動勢，損害三極管，通過1N4007將反向電動勢消除以保護三極管。LED1為繼電器是否閉合指示燈，如果繼電器閉合，則指示燈亮，否則，指示燈不亮，R4為限流電阻，保護二極管LED1。R5為限流電阻，保護三極管，當控制引腳RY1為高電平時，繼電器閉合，否則，繼電器不閉合。交流電壓電流模塊原理圖交流電壓電流互感器模塊接口圖如下圖所示。交流電壓電流模塊接口圖交流電壓電流互感器模塊實物圖如下圖所示。交流電壓電流模塊實物圖系統(tǒng)軟件設(shè)計完整的控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，前一章主要闡述了系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計方案，若要充分發(fā)揮系統(tǒng)的設(shè)計功能，則需要支持硬件平臺的軟件程序，即燒寫到單片機內(nèi)部的程序。本設(shè)計利用ARM為控制中心，采用的的是STM32F103C8T6芯片，開發(fā)環(huán)境是KeiluVision5byARM軟件，這款開發(fā)環(huán)境是目前STM32單片機系統(tǒng)的主流軟件，使用的非常頻繁。程序的燒錄使用的是PL2303下載器。4.1編程語言選擇由于整個程序比較復(fù)雜，且計算量較大，用到了較多的浮點數(shù)計算，所以程序的編寫采用了C語言。對于大多數(shù)32系列的單片機，使用C語言這樣的高級語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點:不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲器結(jié)構(gòu)。寄存器分配和尋址方式由編譯器進行管理，編程時不需要考慮存儲器的地址和數(shù)據(jù)類型等細節(jié)。指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性?？墒褂门c人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)。與使用匯編語言相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時間大大縮短。C語言的庫文件提供了許多標準的例程。通過C語言可實現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加到新程序中。C語言可移植性好且非常普及，C語言編譯器幾乎適用于所有的目標系統(tǒng)，己完成的項目可以很容易的轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境中與匯編語言相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，易學易用。4.2單片機程序開發(fā)環(huán)境本文設(shè)計ARM開發(fā)環(huán)境是KeiluVision5，是目前嵌入式比較流行的開發(fā)環(huán)境，KeiluVision5是ARM公司研發(fā)出最新一代關(guān)于ARM處理器的編譯、連接和調(diào)試一體化軟件。KeiluVision5不僅提供了完整的Windows開發(fā)環(huán)境界面，支持C/C++語言開發(fā)，而且其C語言編輯效率很高，能夠使開發(fā)者非常便利地利用C語言進行研發(fā)。如圖4-1KeiluVision5開發(fā)界面圖。其中Keil有以下特點：Keil同時支持WINXP和WIN7等多種操作系統(tǒng)，提供了豐富的庫函數(shù)和功能強大的開發(fā)工具；Keil可以完成從編輯、編譯、連接、調(diào)試和最后進行仿真的一整套研發(fā)過程；KeiluVision5在KeiluVision4IDE的基礎(chǔ)上，增加了很多新的功能。如KeiluVision5更加增強了對Cortex-M內(nèi)核微控制器的開發(fā)支持，并對KeiluVision4的開發(fā)形式和開發(fā)界面進行相應(yīng)的改進。4.3ARM軟件開發(fā)流程ARM開發(fā)首先需要建立“Project”工程，點擊KeiluVision5界面中菜單中“Project”，選擇“NewuVisionProject”，為新建的工程命名后點擊保存；然后選擇開發(fā)單片機芯片的型號，本工程選擇STM32F103C8T6，這樣就完成了“Project”的建立；當工程建立完畢后，點擊“SourceGroup”，可以往里面添加.c文件，點擊Add就可以編輯了該文件了，也可以把常用的.c文件拷貝到建立的“Project”目錄下面，最后一個完成的工程軟件就建立完畢了。具體工程開發(fā)如下圖所示。KeiluVision5開發(fā)界面圖KeiluVision5軟件開發(fā)流程圖4.4FlyMcu程序燒錄軟件介紹FlyMcu是一款好用的stm32燒錄程序軟件，對于專業(yè)的單片機開發(fā)者來說應(yīng)該非常適用，軟件可以廣泛地應(yīng)用于電路編程(ICP)和應(yīng)用編程(IAP)領(lǐng)域，支持進行編程、校驗、讀器件信息。在程序燒寫前，首先要將下載器（即PL2303串口燒寫模塊）、設(shè)備和PC連接好，具體下載步驟如下：打開FlyMcu,切換到STMISPtab頁面，然后選中USB轉(zhuǎn)串口COMPORT。選擇相應(yīng)的HEX文件設(shè)置燒寫方式，一定要選DTR低電平復(fù)位，RTS高電平進BootLoader。點擊開始編程，即可。具體下載界面如下圖所示。燒錄軟件下載界面4.5PL2303串口程序燒寫模塊介紹本設(shè)計通過PL2303串口燒寫模塊實現(xiàn)對單片機程序的燒寫。PL2303串口燒寫模塊使用USB接口，十分方便的解決了筆記本電腦用戶對STC系列單片機的程序燒寫問題，本下載器低價格、高性能，是開發(fā)STC系列單片機的首選優(yōu)秀工具。一、PL2303串口燒寫模塊特點：支持USB1.1或USB2.0通信；全面支持WIN98、WINME、WIN2000、WINXP、VISTA、WIN7等操作系統(tǒng)；采用USB口供電；在對芯片編程時可以使用目標系統(tǒng)本身電源，也可以使用編程器從USB口取電供給目標板，但應(yīng)保證目標板電流不大于500mA，以免不能正常編程；編程完成不影響目標板的程序運行；支持STC全系列芯片燒錄；編程器提供3.3V與5V的電壓輸出接口；速度比并口編程更快更穩(wěn)定，更方便筆記本電腦用戶使用；采用進口原裝芯片，能進行高速穩(wěn)定編程；模塊如下圖所示。PL2303串口燒寫模塊二、PL2303串口燒寫模塊引腳接線說明+5V5V輸出，如果電路板有外接5V供電，則此引腳可不接。GND接GND。RXD接單片機的RXD引腳。TXD接單片機的RXD引腳。3V33.3V輸出，如果電路板有外接3.3V供電，則此引腳可不接。三、PL2303串口燒寫模塊與單片機的具體接線圖如下圖所示。PL2303串口燒寫模塊與單片機接線圖4.6程序流程圖本系統(tǒng)設(shè)計主要采用KeiluVision5軟件編寫與調(diào)試程序，程序語言采取易讀性和移植性更高的C語言編寫。系統(tǒng)運行流程圖如下圖所示。系統(tǒng)運行流程圖系統(tǒng)焊接與調(diào)試5.1電路焊接手工焊接是常用原始的焊接方法，目前大量工廠焊接的生產(chǎn)基本上不采用原始方法了，但是普通元器件的修理、系統(tǒng)測試中經(jīng)常使用原始的手工焊接。重要的是如焊接本質(zhì)上出現(xiàn)問題，則會影響到整個控制系統(tǒng)的，可以這么說，焊接的會導(dǎo)致這個控制系統(tǒng)可不可以用的。手工焊接主要有如下四步組成的：第一步開始焊接：需要把需要焊接的地方打掃干凈，主要去處油跡和灰塵,然后把需要焊接的元器件的兩個角向一定的方向掰一掰,注意不能把元器件的腳相交在一起了，這樣會影響焊接的。接下來讓電烙鐵頭碰到需要焊接的元器件腳下，放上焊錫絲。此處需要注意的是，不能讓烙鐵頭碰到其它元器件的腳了，要不然會把兩個元器件焊接在一起了。第二步給焊接升溫：當在完成第一步以后，接下來就是加熱焊錫絲了，主要是將燒熱的電烙鐵放在器件管腳旁邊，慢慢融化焊錫絲，需要注意電洛鐵的溫度和加熱時間，若時間過長，很有可能焊壞面包板焊盤的，一般建議電洛鐵溫度調(diào)整在400℃左右，加熱2秒鐘左右，例外也要根據(jù)器件種類作出具體區(qū)別的。在焊接過程中，當需要把焊接好的元器件卸下來，則也需要給焊接處進行加熱的，主要操作是首先在焊接處補好焊錫絲，使焊點是圓潤的，然后用電洛鐵在焊接處進行加熱，在加熱的過程中就可以直接把元器件卸下來了，此時一定要主要時間，要不然也會損壞焊盤的第三部清理焊接面：當在完成第二步時，有的時候會觀察到焊接的不完美或者擔心出現(xiàn)虛焊情況，這時候需要進行修改的。主要是兩種情況的，第一種是焊錫不夠，焊接點不圓潤，這時需要給焊接處補焊錫，此時需要注意的是焊錫量不能補多，要不然容易連接到其它期間的引腳的。第二種是焊錫過多，這時候可以用電洛鐵放在焊接處來回的滑動，會把多余的焊錫帶走的，若不行，只能使用吸錫器了。第四部檢查焊點：當完成以上三步了，最后就需要整體觀察了，主要是觀看焊接點是不是圓滿、亮度好、緊固，有沒有與其它管腳相連在一起了。5.2系統(tǒng)調(diào)試整體系統(tǒng)上電調(diào)試前，大概觀察下焊接的系統(tǒng)還存在問題，例如還有很顯眼的斷裂，正負極接反以及相連、虛焊、等問題，然后用萬用表檢測一下，電源正負極之間是否短路等嚴重的電源問題，最終保證系統(tǒng)焊接沒有問題。在搭建調(diào)試平臺后，需要對軟件程序進行調(diào)試，若程序調(diào)試沒有問題，接下來開始驗證系統(tǒng)功能是否滿足要求，若功能有問題，需要繼續(xù)調(diào)試程序，反復(fù)進行，直到所有功能都滿足為止。5.2.1系統(tǒng)程序調(diào)試軟件調(diào)試步驟如下：（1）在KeiluVision5軟件中先創(chuàng)建一個工程：單擊菜單欄中的“工程”，輸入新建工程名，并保存；然后單片機型號是“STM32F103”。（2）新建用戶源文件：在新建的空白文本中編寫程序源代碼，編碼完成保存文件并文件拓展名“設(shè)計名稱.c”，新文件創(chuàng)建完成。（3）程序編譯和調(diào)試：單擊編譯按鈕，系統(tǒng)會對文件進行運行，在輸出窗口中可看到提示信息，如果有錯誤信息，則須按提示找出錯誤并改正，直到提示沒有錯誤且實物功能均符合要求為止（Warning不需要管）。程序編譯無誤提示界面圖5.2.2硬件測試最后一步就是硬件整體測試了，主要運用萬用表、直流電源或示波器對焊接好的板子進行整體調(diào)試，主要檢查每一個器件是不是都正常工作了，主要分為兩個環(huán)節(jié)動態(tài)調(diào)試和靜態(tài)調(diào)試。一、靜態(tài)調(diào)試，其中靜態(tài)調(diào)試主要分為以下四種：（1）肉眼觀察。主要觀看焊接點是否飽滿，以及相連器件之間是否相連或者器件管腳沒有焊接好，出現(xiàn)短路現(xiàn)象。（2）使用萬用表調(diào)試。首先查看電源是否短路，然后測量管腳是否連接正確，有沒有接線錯誤。（3）上電檢查。在完成第一步和第二步都沒有問題，接下來就可以上電了，上電以后觀看每個器件是否正常工作，然后在逐一測試功能。（4）綜合檢查測試。這種測試方法只適合單片機開發(fā)板開發(fā)的系統(tǒng)才能使用這種方法，本文不適宜用這種方法測試。二、動態(tài)調(diào)試：動態(tài)調(diào)試主要是靜態(tài)調(diào)試沒有任何問題，做最后一步檢查，就是每個器件能否正常工作，能否滿足我系統(tǒng)開發(fā)的功能，防止器件內(nèi)部損壞，影響系統(tǒng)性能。5.3實物測試經(jīng)過測試，系統(tǒng)測試正常，如下圖所示。系統(tǒng)測試圖致謝四年的艱苦跋涉，四個月的精心準備，畢業(yè)設(shè)計終于到了劃句號的時候，心頭如釋重負，在本論文即將完成之際，謹此向我的指導(dǎo)老師致以衷心的感謝和崇高的敬意！整個畢業(yè)設(shè)計的過程都是在常老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從資料的收集、方案的論證、聯(lián)板調(diào)試以及畢業(yè)論文的撰寫，何老師、常老師都做了非常細心的指導(dǎo)。老師以他敏銳的洞察力、淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、精益求精的工作作風和對科學的獻身精神給我留下了刻骨銘心的印象，這些使我受益匪淺，將成為我以后工作生活的榜樣。我要感謝電子學院所有給我上過課老師，是他們傳授給我方方面面的知識，拓寬了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成功不可沒。我還要感謝學院的各位工作人員，他們細致的工作使我和同學們的學習和生活井然有序。感謝本設(shè)計課題組的同學，協(xié)作競爭的團隊精神是我得以順利完成畢業(yè)論文的重要基礎(chǔ)。感謝我們這一組同學在論文相關(guān)內(nèi)容的討論與合作交流帶來的啟示和幫助。正是由于我們的精誠合作以及大家設(shè)計期間給予我的幫助，良好的團隊合作精神為我設(shè)計得以順利完成提供了良好條件。敲完最后一個字符，重新從頭細細閱讀早已不陌生的文字，我感觸頗多。雖然其中沒有什么值得特別炫耀的成果，但對我而言，是寶貴的。它是無數(shù)教誨、關(guān)愛和幫助的結(jié)果。最后向?qū)忛喆宋牡慕淌?、老師致以深切的敬意。衷心祝愿母校的明天更加美好！。參考文獻[1]曾非一.嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)研究—MPC860目標機底層軟件的實現(xiàn)[D].電子科技大學,2014.[2]孫寶元、楊寶清.傳感器及其應(yīng)用手冊．北京.[3]

鄭人杰.

計算機軟件測試技術(shù).

北京:

清華大學出版社,

1992.

[4]任強.傳感器選用原則.計量工作.2004.[5]李全利.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).北京：高等教育出版社.2009.30～46.[6]

鄭人杰.

計算機軟件測試技術(shù).

北京:

清華大學出版社,

1992.

[7]

胡漢才.

單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計.

北京:清華大學出版社,

2002.

[8]

Silicon

Storage

Technology

Inc,

SST39VF800A

Datasheet.2001

.[9]張俊謨.單片機中級教程原理與應(yīng)用.北京航空航天大學出版社.2002.[10]

趙負圖,傳感器集成電路手冊,第一版,化學工業(yè)出版社,2004,590～591

.[11]

馬建國.電子系統(tǒng)設(shè)計.北京：高等教育出版社，2004.1.

[12]

譚浩強.C程序設(shè)計（第三版）.北京：清華大學出版社，2005.7

.[13]

霍孟友.單片機原理與應(yīng)用[M

].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[14]

何立民,單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計,北京：航天航空大學出版社,2～5,46～50.

[15]

李廣弟,單片機基礎(chǔ),北京：北京航空航天大學出版社,2001,56～64.

[16]

何希才,新型實用電子電路400例,電子工業(yè)出版社,2000年,60～65.

[17]

Wolf

W,

孫玉芳等譯.

嵌入式計算系統(tǒng)設(shè)計原理.

北京:

機械工業(yè)出版社,

2002.

[18]

Integrated

Silicon

Solution

Inc.

IS61LVI2816

Datasheet.2002.

[19]

熊媛.傳感器技術(shù)在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展展望[J].工業(yè)設(shè)計,2016,10(8):12-15.[20]

[楊振江，蔡德芳·新型集成電路使用指南與典型應(yīng)用[M]·西安：西安電子科技大學出版社1998.10[21]

盧本,王君.材料成形過程的測量與控制[M].上海:機械工業(yè)出版社,2005.[22]

方琳.基于ARM的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京郵電大學,2015.[23]

蔚承英,陳勇剛,楊利平等.基于GPRS和嵌入式計算機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].安防科技,2016,2(12):18-20.[24]

楊希.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧與定位技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].東南大學,2012.[25]

楊曉芬.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的博物館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[J].電子世界,2016,19(10):75-78.[26]

XiaojingX,KunhuiL.ResearchonKeyTechnologiesofspeechrecognition.computerengineeringandApplication,2006,42(11):66-69.

附錄：STM32簡單介紹一、背景如果你正為項目的處理器而進行艱難的選擇：一方面抱怨16位單片機有限的指令和性能，另一方面又抱怨32位處理器的高成本和高功耗，那么，基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32系列處理器也許能幫你解決這個問題。使你不必在性能、成本、功耗等因素之間做出取舍和折衷。即使你還沒有看完STM32的產(chǎn)品手冊，但對于這樣一款融合ARM和ST技術(shù)的“新生兒”相信你和我一樣不會擔心這款針對16位MCU應(yīng)用領(lǐng)域的32位處理器的性能，但是從工程的角度來講，除了芯片本身的性能和成本之外，你或許還會考慮到開發(fā)工具的成本和廣泛度；存儲器的種類、規(guī)模、性能和容量；以及各種軟件獲得的難易，我相信你看完本專題會得到一個滿意的答案。對于在16位MCU領(lǐng)域用慣專用在線仿真器（ICE）的工程師可能會擔心開發(fā)工具是否能夠很快的上手？開發(fā)復(fù)雜度和整體成本會不會增加？產(chǎn)品上市時間會不會延長？沒錯，對于32位嵌入式處理器來說，隨著時鐘頻率越來越高，加上復(fù)雜的封裝形式，ICE已越來越難勝任開發(fā)工具的工作，所以在32位嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中多是采用JTAG仿真器而不是你熟悉的ICE。但是STM32采用串行單線調(diào)試和JTAG，通過JTAG調(diào)試器你可以直接從CPU獲取調(diào)試信息，從而將使你的產(chǎn)品設(shè)計大大簡化，而且開發(fā)工具的整體價格要低于ICE，何樂而不為？有意思的是STM32系列芯片上印有一個蝴蝶圖像，據(jù)ST微控制器產(chǎn)品部DanielCOLONNA先生說，這是代表自由度，意在給工程師一個充分的創(chuàng)意空間。我則“曲解”為預(yù)示著一種蝴蝶效應(yīng)，這種蝴蝶效應(yīng)不僅會對方案提供商以及終端產(chǎn)品供應(yīng)商帶來舉足輕重的影響，而且會引起競爭對手策略的改變……翅膀已煽動，讓我們一起靜觀其變！二、STM32市面上流通的型號截至2010年7月1日，市面流通的型號有：基本型：STM32F101R6，STM32F101C8，STM32F101R8，STM32F101V8，STM32F101RB，STM32F增強型：STM32F103C8，STM32F103R8，STM32F103V8，STM32F103RB，STM32F103VB，STM32F103VE，STM32F三、STM32系列的作用ARM公司的高性能”Cortex-M3”內(nèi)核1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz一流的外設(shè)1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻轉(zhuǎn)速度低功耗在72MHz時消耗36mA(所有外設(shè)處于工作狀態(tài))，待機時下降到2μA最大的集成度復(fù)位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等簡單的結(jié)構(gòu)和易用的工具四、STM32F10x重要參數(shù)2V-3.6V供電容忍5V的I/O管腳優(yōu)異的安全時鐘模式帶喚醒功能的低功耗模式內(nèi)部RC振蕩器內(nèi)嵌復(fù)位電路工作溫度范圍：-40℃至+85℃或105℃五、性能特點基本型STM32F101：36MHzCPU，多達16K字節(jié)SRAM，1x12位ADC溫度傳感器增強型STM32F103：72MHzCPU，多達20K字節(jié)SRAM，2x12位ADC溫度傳感，PWM定時器，CAN，USB六、STM32互聯(lián)型系列簡介：全新STM32互連型（Connectivity）系列微控制器增加一個全速USB（OTG）接口，使終端產(chǎn)品在連接另一個USB設(shè)備時既可以充當USB主機又可充當USB從機；還增加一個硬件支持IEEE1588精確時間協(xié)議(PTP)的以太網(wǎng)接口，用硬件實現(xiàn)這個協(xié)議可降低CPU開銷，提高實時應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同步通信的響應(yīng)速度。全新互連型系列還是STM32家族中首款集成兩個CAN2.0B控制器的產(chǎn)品，讓開發(fā)人員能夠研制可連接兩條工業(yè)標準CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)）總線的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。此外，新系列微控制器還支持以太網(wǎng)、USBOTG和CAN2.0B外設(shè)接口同時工作，因此，開發(fā)人員只需一顆芯片就能設(shè)計整合所有這些外設(shè)接口的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。STM32互連型系列產(chǎn)品強化了音頻性能，采用一個先進的鎖相環(huán)機制，實現(xiàn)音頻級別的I2S通信。結(jié)合USB主機或從機功能，STM