物聯(lián)網(wǎng)嵌入式技術(shù)課件：智慧東奧場館溫控系統(tǒng)

智慧冬奧會場館溫控系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式技術(shù)項目引導(dǎo)案例北京冬奧會期間，一面是對冰雪溫度控制極嚴的賽場，一面是在賽場邊一坐就是數(shù)小時的觀眾，北京冬奧會采用了大量的科技手段。舉例來說，從“水立方”變?yōu)椤氨⒎健钡膰矣斡局行木徒o出了“聰明”的解決方案——同室不同溫。項目引導(dǎo)案例所謂“同室不同溫”，是指比賽場地在不同的區(qū)域有不同的溫度，既符合冬奧競賽項目對低溫的要求，又能保證現(xiàn)場觀眾“溫暖舒適”的觀賽體驗。項目引導(dǎo)案例那么，類似東奧會這種賽事場館具體是如何實現(xiàn)溫度上報和控溫的呢？滑冰場溫度上報任務(wù)一職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02知識鏈接03任務(wù)準備04任務(wù)實施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一滑冰場溫度上報了解STM32系列單片機串口結(jié)構(gòu)了解串口發(fā)送的參數(shù)設(shè)置了解串口發(fā)送的基本流程能根據(jù)異步串口通信協(xié)議，設(shè)計合理的通信參數(shù)能根據(jù)MCU的編程手冊，利用STM32CubeMX準確配置STM32串口發(fā)送功能能根據(jù)功能需求，正確添加串口處理代碼，實現(xiàn)字符串的發(fā)送職業(yè)能力目標01知識目標技能目標職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02知識鏈接03任務(wù)準備04任務(wù)實施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一滑冰場溫度上報

一大學(xué)生創(chuàng)業(yè)團隊為國內(nèi)某家滑冰運動場提供場地溫度管理解決方案。任務(wù)是設(shè)計一個溫度監(jiān)控設(shè)備完成場地冰面溫度和場館各區(qū)域溫度數(shù)據(jù)的采集以及與管理室的通信功能。該項目共分為四個階段進行，第一階段完成溫度數(shù)據(jù)的上報，為便于驗證，此階段發(fā)送內(nèi)容為固定格式數(shù)據(jù)，在計算機端使用串口調(diào)試助手觀察接收數(shù)據(jù)以達到驗證的效果。任務(wù)描述任務(wù)要求配置串口發(fā)送模式；發(fā)送固定格式數(shù)據(jù)；在計算機上使用串口調(diào)試助手觀察數(shù)據(jù)；任務(wù)描述與要求02職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02知識鏈接03任務(wù)準備04任務(wù)實施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一滑冰場溫度上報STM32串口基本功能常見串口驅(qū)動電路12知識鏈接03串口發(fā)送步驟分析查看接收數(shù)據(jù)345發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)STM32串口基本功能03

小組討論：大家了解哪些串口的知識？討論一下03串口是各類電子產(chǎn)品中最常見的通信接口之一線路簡單22%開發(fā)、調(diào)試工具豐富40%連接方便38%串口優(yōu)點：STM32串口基本功能03UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）01020304串口的范疇：SPI（SynchronousPeripheralInterface）USB（UniversalSerialBus）I2C（Inter-IntergratedCircuit）STM32串口基本功能03數(shù)據(jù)要一位一位的在線路中傳輸，故名串行通信串口特點UART是全雙工（數(shù)據(jù)收發(fā)可同時進行）串口，使用TxD、RxD、GND三根信號線進行數(shù)據(jù)傳輸，其中TxD稱為發(fā)送信號線，RxD稱為接收信號線，GND為共地信號線串口介紹STM32串口基本功能1波特率控制收發(fā)控制2數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移3STM32串口基本功能波特率控制波特率，即每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)，用b/s（bps）表示，通過對時鐘的控制可以改變波特率。在配置波特率時，向波特比率寄存器USART_BRR寫入?yún)?shù)，修改串口時鐘的分頻值USARTDIV。03STM32的波特率是否可調(diào)？波特率具體是怎么調(diào)整的？思考、提問03思考一下STM32串口基本功能1波特率控制收發(fā)控制23數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移STM32串口基本功能收發(fā)控制部分結(jié)構(gòu)框圖03收發(fā)控制三個寄存器完成了串口通信的收發(fā)控制CR1是最經(jīng)常打交道的STM32的串口除了UART之外還有USART/SPI等功能STM32的控制器部分有哪幾個寄存器？03思考一下收發(fā)控制STM32串口基本功能3波特率控制收發(fā)控制2數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移1STM32串口基本功能數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移部分結(jié)構(gòu)框圖03串行發(fā)送/接收需要將1個字節(jié)拆成位處理--移位寄存器思考一下，按位發(fā)送從高位還是從低位剛開始？數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移031內(nèi)核或DMA外設(shè)把數(shù)據(jù)從內(nèi)存（變量）寫入到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TDR發(fā)送數(shù)據(jù)流程2發(fā)送控制器將自動把數(shù)據(jù)從TDR加載到發(fā)送移位寄存器3通過串口線TxD，把數(shù)據(jù)一位一位地發(fā)送出去4當數(shù)據(jù)從TDR轉(zhuǎn)移到移位寄存器時，會產(chǎn)生發(fā)送寄存器TDR已空事件TXE5當數(shù)據(jù)從移位寄存器全部發(fā)送出去時，會產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送完成事件TC。數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移031接收數(shù)據(jù)則是一個逆過程接收數(shù)據(jù)流程2數(shù)據(jù)從串口線RxD一位一位地輸入到接收移位寄存器3自動地轉(zhuǎn)移到接收數(shù)據(jù)寄存器RDR4最后用內(nèi)核指令或DMA讀取到內(nèi)存（變量）中STM32的數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)部分有幾個寄存器？03思考一下數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)移STM32串口基本功能常見串口驅(qū)動電路12知識鏈接串口發(fā)送步驟分析查看接收數(shù)據(jù)345發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)03常見串口驅(qū)動電路兩臺設(shè)備之間連接方式電平轉(zhuǎn)換電路03小知識：RS232-C的電平TTLRS232RS232-C電平的是負邏輯。是以-3至-15V表示邏輯1；以3至15V表示邏輯0單片機使用TTL/CMOS電平，且為正邏輯。及以5V/3.3V表示邏輯1；0V表示邏輯0。常見串口驅(qū)動電路03RS232標準采用的接口是9針或25針的D型插頭常用的一般是9針插頭，稱之為DB9接口。接口又分為公頭（插針式）和母頭（插孔式）。串口通信時一般使用2、3、5號引腳即可正常通信這三個引腳在公頭中分別定義為RxD、TxD、GND而在母頭中則分別定義為TxD、RxD、GND小知識：RS232-C的電平常見串口驅(qū)動電路03STM32串口基本功能常見串口驅(qū)動電路12知識鏈接串口發(fā)送步驟分析查看接收數(shù)據(jù)345發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)03（1）通信速率思考：波特率寄存器中的數(shù)值為什么會有小數(shù)？通信速率，一般也稱之為波特率，也就是每秒傳送的字節(jié)數(shù)9.6kbps-115.2kbps是最經(jīng)常選用的思考一下串口發(fā)送步驟分析常見波特率03（2）字長STM32的串口支持8、9位字長。01有時我們也會選擇9位數(shù)據(jù)，其中8位是我們要傳送的1個字節(jié)數(shù)據(jù)，額外加的1位用來檢驗傳送過程有沒有發(fā)生錯誤。03常情況下選擇數(shù)據(jù)長度選擇8位。02010203串口發(fā)送步驟分析03（3）校驗?zāi)Ｊ綖榱四軌蛄私馔ㄐ胚^程中是否發(fā)生錯誤，在傳送數(shù)據(jù)之外額外增加1位用于檢驗A校驗位：STM32支持奇校驗、偶校驗和無校驗三種模式。奇/偶校驗是將待傳送數(shù)據(jù)中“1”的位數(shù)補為奇/偶數(shù)位B校驗?zāi)Ｊ剑捍诎l(fā)送步驟分析03有效數(shù)據(jù)（8位）奇校驗（Odd）偶校驗（Even）00000000000000001000000000010101010101010110101010100100110001001100001001100111111111111111111111111110注意：在傳送8位有效數(shù)據(jù)時，如果要對數(shù)據(jù)進行奇/偶校驗，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)長度應(yīng)設(shè)為9位。反之，如果不進行校驗，則字長選擇8位即可。（3）校驗?zāi)Ｊ酱诎l(fā)送步驟分析03

串口為了區(qū)分停止狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)還設(shè)置的起始位、停止位的概念。一般情況下采用默認值1位起始位，1位停止位即可。（4）起始位、停止位串口發(fā)送步驟分析03（5）硬件流控

標準串口除了之前描述三個引腳之外還有RTS、CTS等引腳用于硬件流控制，我們不使用。設(shè)定了以上參數(shù)之后，還有諸如STM32相應(yīng)的引腳狀態(tài)也需要作相應(yīng)設(shè)置，這里選擇第二功能即可。串口發(fā)送步驟分析03STM32串口基本功能常見串口驅(qū)動電路12知識鏈接串口發(fā)送步驟分析查看接收數(shù)據(jù)345發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)03串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)（1）HAL_UART_Transmit（）函數(shù)函數(shù)原型HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize,uint32_tTimeout)功能描述串口查詢模式發(fā)送數(shù)據(jù)入口參數(shù)*huart：串口句柄；*pData：待發(fā)送數(shù)據(jù)存儲首地址；Size：待發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)；Timeout：最大發(fā)送時長返回值HAL_StatusTypeDef：固定返回HAL_OK表示發(fā)送成功注意事項發(fā)送完成立即返回；發(fā)送未完成，Timeout時間后返回03（2）HAL_UART_Transmit_IT（）函數(shù)函數(shù)原型HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSizet)功能描述串口中斷模式發(fā)送數(shù)據(jù)入口參數(shù)*huart：串口句柄；*pData：待發(fā)送數(shù)據(jù)存儲首地址；Size：待發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)返回值HAL_StatusTypeDef：固定返回HAL_OK表示發(fā)送成功注意事項中斷模式發(fā)送數(shù)據(jù)，沒有等待時間串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)03（3）HAL_UART_Transmit_DMA（）函數(shù)函數(shù)原型HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize)功能描述串口DMA模式發(fā)送數(shù)據(jù)入口參數(shù)*huart：串口句柄；*pData：待發(fā)送數(shù)據(jù)存儲首地址；Size：待發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)返回值HAL_StatusTypeDef：固定返回HAL_OK表示發(fā)送成功注意事項DMA模式發(fā)送數(shù)據(jù)，沒有等待時間串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)03STM32串口基本功能常見串口驅(qū)動電路12知識鏈接串口發(fā)送步驟分析查看接收數(shù)據(jù)345發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)03使用USB轉(zhuǎn)串口的注意串口號；串口通信收、發(fā)端參數(shù)設(shè)置一致即可進行通信查看接收數(shù)據(jù)03注意：職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02知識鏈接03任務(wù)準備04任務(wù)實施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一滑冰場溫度上報設(shè)備資源：序號設(shè)備/資源名稱數(shù)量是否準備到位（√）1M3主控模塊12USB轉(zhuǎn)串口線13配書資源1思考一下，此次任務(wù)會用到哪些設(shè)備資源呢？任務(wù)準備04職業(yè)能力目標01任務(wù)描述與要求02知識鏈接03任務(wù)準備04任務(wù)實施05任務(wù)小結(jié)06任務(wù)拓展07任務(wù)一滑冰場溫度上報燒寫程序2任務(wù)實施添加代碼105添加代碼1進行STM32CubeMX配置添加代碼程序23編譯代碼進行STM32CubeMX配置1參考前面的項目新建STM32CubeMX工程2調(diào)試接口、時鐘基礎(chǔ)配置1．新建STM32CubeMX工程新建工程后第一步需要對單片機的基本工作狀態(tài)做一個基本配置，包括所使用的晶體以及調(diào)試接口。晶體配置根據(jù)硬件設(shè)計，選擇8MHz外部高速晶體（HSE），以及32KHz外部低速晶體（LSE）；配置單片機的工作主頻為72MHz。05進行STM32CubeMX配置時鐘配置05進行STM32CubeMX配置完成以上基本配置后將工程保存到相應(yīng)的文件夾中，并命令為“Task4-1-UART_Tx”。這里需要強調(diào)，路徑中不能用中文！注意：然后使能2線調(diào)試模式05進行STM32CubeMX配置1打開UART配置界面2配置UART參數(shù)3配置數(shù)據(jù)/指令控制端口2．在工程中配置UART相關(guān)資源參數(shù)串口參數(shù)在“connectivity”中配置，根據(jù)硬件設(shè)計，這里使用USART1。05進行STM32CubeMX配置在Mode中選擇“Asynchronous”硬件流控選擇“disable”按照圖示配置串口發(fā)送參數(shù)速率：115200bps字長：8bit校驗：None方向：只發(fā)送05進行STM32CubeMX配置1配置代碼生成參數(shù)2生成基礎(chǔ)工程3．使用STM32CubeMX生成基礎(chǔ)工程完成單片機的基本配置與FSMC配置后，就可以準備生成工程了。首先，將工程名保存為“Task4-1-UART_Tx”。接著，可以參考項目1中的任務(wù)1任務(wù)實施部分，完成c代碼的生成操作。05添加代碼進行STM32CubeMX配置添加代碼程序3編譯代碼21打開工程后，先要對工程進行編譯，若編譯通過，則表示工程可用，若編譯失敗請參照”開發(fā)環(huán)境搭建”先完成開發(fā)環(huán)境搭建及測試。單擊編譯按鈕開始編譯，若0個錯誤表示編譯通過。添加代碼程序檢查工程是否可用05編譯、沒有警告與錯誤后，下載實測添加代碼程序發(fā)送數(shù)據(jù)代碼05添加代碼程序1第五行HAL_UART_Transmit()用法12第六行HAL_UART_Transmit()用法23第八行HAL_Delay()，必須要加延時程序的第3-5行即能完成圖片的顯示。

如需對以上代碼調(diào)用函數(shù)進行深入研究，可在函數(shù)上右鍵單擊，在彈出菜單上左鍵點選“gotodefinitionof..”即可進入相應(yīng)函數(shù)的函數(shù)定義部分。05添加代碼進行STM32CubeMX配置添加代碼程序2編譯代碼31編譯代碼代碼添加完成后，單擊“重新編譯”按鈕完成編譯，確保編譯準確無錯誤。05燒寫程序2任務(wù)實施添加代碼105燒寫程序1硬件環(huán)境搭建固件下載23結(jié)果驗證硬件環(huán)境搭建使用設(shè)備