STM32F103 ADC实战：温度监测项目解析

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STM32F103 ADC实战：温度监测项目解析

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https://blog.csdn.net/qq_42091528/article/details/140319050

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在工业控制、环境监测、医疗设备等领域，温度监测是一个不可或缺的功能。通过精确测量温度，可以实现对生产过程的优化控制，保障设备运行安全，提高产品质量。在嵌入式系统中，温度监测通常通过温度传感器将环境温度转换为电信号，再由微控制器进行数据处理和控制。本文将详细介绍如何使用STM32F103微控制器实现温度监测功能。

温度传感器的选择

在设计温度监测系统时，首先需要选择合适的温度传感器。根据工作原理和输出信号的不同，温度传感器主要分为以下几种类型：

热电偶温度传感器：基于热电效应，由两种不同金属或合金的导线连接而成。当热电偶的两端存在温度差时，会产生一个电动势能，称为热电势。热电势的大小与温度差呈正比，通过测量热电势即可确定温度。热电偶温度传感器具有结构简单、价格低廉、测量范围宽、精度高等优点，但其输出信号较小，需要进行信号放大和处理。热电偶温度传感器常用于工业自动化、冶金、化工、石油等领域。
热电阻温度传感器：基于金属电阻随温度变化的原理，由金属丝或金属片制成。当温度升高时，金属的电阻值会增加，通过测量电阻值的变化即可确定温度。热电阻温度传感器具有线性度好、测量精度高、稳定性好等优点，但其测量范围较窄，一般在-200℃~600℃之间。热电阻温度传感器常用于航空航天、国防、医疗、化工等领域。
半导体温度传感器：利用半导体器件的温度特性，如硅温度传感器、砷化镓温度传感器等。当温度升高时，半导体器件的电阻值会降低，通过测量电阻值的变化即可确定温度。半导体温度传感器具有体积小、响应速度快、测量精度高等优点，但其测量范围较窄，一般在-50℃~150℃之间。半导体温度传感器常用于电子设备、汽车、家用电器等领域。
红外测温传感器：基于物体表面辐射能量与温度之间的关系，通过测量物体表面辐射的红外线能量来确定温度。红外测温传感器具有非接触测量、响应速度快、测量范围宽等优点，但其测量精度较低，一般在±1℃左右。红外测温传感器常用于工业自动化、医疗、安防等领域。
光纤温度传感器：利用光纤中光的传播特性与温度之间的关系，通过测量光纤中光的传播时间或相位差来确定温度。光纤温度传感器具有抗干扰能力强、测量精度高、可远程测量等优点，但其成本较高，一般用于石油化工、电力、航空航天等领域。

在选择温度传感器时，需要考虑以下因素：

测量范围：确保传感器的测量范围覆盖实际应用场景的温度范围。
精度要求：根据应用需求选择合适的测量精度。
响应速度：对于需要快速响应的应用，应选择响应时间短的传感器。
使用环境：考虑传感器的耐久性、防水性、防腐蚀性等。
成本：在满足性能要求的前提下，选择性价比高的传感器。

硬件连接

STM32F103微控制器内部集成了12位的逐次逼近型模数转换器（ADC），可以与各种模拟输出的温度传感器直接连接。以下是一个典型的硬件连接示例：

在连接时需要注意以下几点：

电源和地线：确保传感器和微控制器的电源和地线正确连接。
信号线：将传感器的输出信号连接到STM32F103的ADC输入通道。注意选择合适的输入通道，并确保信号线的布局合理，避免干扰。
滤波和信号调理：根据传感器的输出特性，可能需要添加滤波电路或信号调理电路，以提高测量精度和稳定性。

软件编程

在硬件连接完成后，需要通过软件编程实现温度数据的采集和处理。以下是一个基于STM32F103的ADC配置示例：

#include "stm32f10x.h"

void Adc_Init(void) {
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 使能GPIOA, GPIOC和ADC1时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);
    
    // 设置ADC分频因子为6 (72MHz / 6 = 12MHz)
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

    // 配置PA0-PA5和PC0-PC3为模拟输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

    // 复位并初始化ADC1
    ADC_DeInit(ADC1);
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // 独立模式
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; // 单通道模式
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; // 单次转换模式
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 软件触发
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 数据右对齐
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; // 1个通道
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 启用ADC中断
    ADC_ITConfig(ADC1, ADC_IT_EOC, ENABLE);

    // 使能ADC1
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    // 执行校准
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

    // 开启软件转换
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

uint16_t Get_Adc(uint8_t ch) {
    // 配置规则通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_13Cycles5);
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 开始转换
    delay_us(2); // 延时等待转换完成

    return ADC_GetConversionValue(ADC1); // 返回转换结果
}

在上述代码中，我们首先初始化ADC模块，配置其时钟、分频因子、工作模式等参数。然后，通过Get_Adc函数读取指定通道的ADC值。需要注意的是，ADC的转换结果需要根据传感器的特性进行相应的数据处理，才能得到实际的温度值。