STM32F103X单片机采用光纤测温探头的温度监控装置设计(8)
根据设计的要求，需要PC端与单片机之间的通信来实现远程端与现场端的实时监控，采用主从应答方式实现PC与单片机的串行通信，PC机向STM32F103RBT6发出连接信号，STM32F103RBT6接到信号后将实时温度数据通过RS-232串行通信接口传到PC端。系统总体结构框图如图3.1所示：
图3.1系统总体结构框图
此课题是一个基于STM32F103RBT6单片机的温度测控系统，需由上下位机联合完成，上位机为一台PC，下位机为STM32F103RBT6单片机，主要由单片机构成温度采集与控制终端，实现温度采集与控制，使受控对象保持上位机设定的温度范围内。此系统由软硬件两部分组成，硬件电路是系统的结构框架，是软件的载体，软件是系统的内核，通过硬件来进行具体操作，因此软硬件相互配合，共同完成各种功能。此系统硬件主要由以下几个部分构成：电源、单片机、温度采集电路、温度控制电路、电平转换电路以及串口通讯等部分组成，而系统软件主要通过对单片机编程来实现，此系统使用C语言来完成编程。
3.2 硬件总体方案设计
本文所研究的系统硬件部分按照功能大致分为以下几个部分：STM32F103RBT6系统、测温电路部分、控温电路部分、报警电路部分、液晶显示部分、按键电路部分以及电平转换和串口通讯部分。其结构框图如图3.2所示：
图3.2硬件部分总体结构图
本设计本着低功耗、低成本、性能好等原则，最终选用以下器件来搭建硬件平台：
1 STM32F103RBT6 单片机部分
STM32F103RBT6系统包括F103RBT6芯片，时钟电路和复位电路。时钟电路用于产生单片机工作时所必须的时钟信号。STM32F103RBT6单片机的内部电路在时钟信号控制下，严格地按时序执行指令进行工作；复位操作是单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可以使单片机复位。
2 温度监测部分
传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，这种热敏传感器的工作原理是其电阻值随着温度的变化而发生显著变化，热敏传感器广泛用于一般精度的温度测量，或在计量设备、晶体管电路中作温度补偿。由于热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换为数字信号后才能由单片机进行处理，在高精度要求的温度检测应用中，热敏电阻已经被精度高、准确性好的各种集成温度采集设备所代替。
本部分采用的是GX-01光纤温度传感器进行温度测量，GX-01光纤温度传感器专为高压电气设备温度测量设计和制造，充分考虑了系统集成的灵活性和方便性，可以独立工作也可以组成多通道的测控系统网络，温度测量精度和可靠性极高。采用特别研制的光纤光缆作为光波导，具有极高的绝缘性、机械可靠性和光学特性。GX-01光纤温度传感器，可以直接用于母线节点温度监控、开关点温度监控、发电机定子绕组和变压器温度监控等许多关键的电力系统温度测量点，可以在环境极其特殊的高压电力保护系统中发挥作用。
3 温度控制部分
该部分通过PID控制算法对采集到的温度信号与所设报警阀值对比，由单片机的PB0输出的高低电平来控制固态继电器的通断，从而决定电热丝是否加热，当PB0口输出低电平时，加热电阻通电，周围的温度缓慢升高，GX-01光纤温度传感器测得的温度值也升高；当PB0输出高电平时，加热电路断开，温度回落。
4 电平转换与串口通信部分
由于单片机的TTL电平与计算机要求的232电平并不兼容，故使用MAX485芯片对电平进行转换，转换后的电平通过串口与计算机进行串口通信。