当前介绍的项目是基于 STM32F103ZET6 系列 MCU设计的数显热水器，通过显示屏来显示热水器的温度及其工作状态，通过 PT100 传感器来检测热水器的温度变化，并通过电加热片实现加热过程，以达到控制热水器温度的目的。

(资料图片)

（1）显示屏

使用 OLED 显示屏来显示热水器的温度及其工作状态，通过 SPI接口与 STM32 芯片进行通讯。设计温度值及其单位、热水器工作状态等。

（2）温度传感器

使用 PT100 温度传感器来检测热水器内部温度的变化，并将数据通过 ADC转换后，传输给 STM32 芯片，以实现对热水器加热过程的控制。

（3）电加热片

使用电加热片模拟热水器加热过程，通过继电器控制电加热片的通断，以调节热水器的温度。

（4）控制系统

通过 STM32 芯片来实现对热水器的控制，读取温度传感器的数据。

需要对 STM32F103ZET6 的 SPI 接口进行初始化配置，设置相关的时钟和模式，使其能够与 OLED 显示屏进行通讯。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE); // 打开SPI3时钟 SPI_InitTypeDef spi_init_type; spi_init_type.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; spi_init_type.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; spi_init_type.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; spi_init_type.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; spi_init_type.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; spi_init_type.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; spi_init_type.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_32; // 设置 SPI 时钟频率为 72 MHz / 32 = 2.25MHz spi_init_type.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; SPI_Init(SPI3, &spi_init_type); SPI_Cmd(SPI3, ENABLE);

以下是 OLED 显示屏的初始化代码：

void OLED_Init(void) {     GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6);   //RST SET     GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6); //RST RESET     GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_6);   //RST SET ​     write_command(0xAE); // 关闭显示     write_command(0xD5); // 设置时钟分频因子,震荡频率     write_command(0x80); // 分频因子=1 ,震荡频率(fosc)=8MHz     write_command(0xA8); // 设置驱动路数：MUX(复用方式)     write_command(0x1F); // 1/32 duty (0x0F~0x3F)     write_command(0xD3); // 设置显示偏移     write_command(0x00); // 不偏移     write_command(0x40); // 设置显示开始行[5:0], 对于设置了32行的液晶，     // 这里的值为0表示从0行开始显示     write_command(0x8D); // 对比度设置     write_command(0x14); // AHB参考电压256等分 移位[3:0]100[n,1/256]     write_command(0x20); // 水平方向上的寻址模式     write_command(0x00); // 垂直方向上的寻址模式     write_command(0xA1); // 设置段再映射     write_command(0xC0); // 设置COM扫描方向     write_command(0xDA); // 设置COM引脚硬件配置     write_command(0x12);     write_command(0x81); // 对比度设置     write_command(0xBF); // 设置电荷泵电压     write_command(0xD9); // 设置预充电周期     write_command(0xF1);     write_command(0xDB); // 设置VCOMH电压倍率     write_command(0x40);     write_command(0xAF); // 打开显示 ​     OLED_Clear(); // 清屏 }

接下来编写 OLED 显示函数，实现字符和数字的显示功能。

void OLED_show_string(uint8_t x, uint8_t y, char *str) {     uint8_t i = 0;     while (str[i] != "") {         OLED_show_char(x, y + i * 8, str[i]);         ++i;     } } ​ void OLED_show_char(uint8_t x, uint8_t y, char ch) {     uint8_t c = ch - 32;     if (c >= 96) return;     uint8_t* buffer = (uint8_t*)oled_buffer;     uint8_t cx, cy;     for(cy = 0; cy < 8; cy++) {         uint8_t line = font[c][cy];         for (cx = 0; cx < 6; cx++) {             if (line & 0x1) {                 buffer[(y + cy) * OLEDWIDTH + x + cx] = 1;             } else {                 buffer[(y + cy) * OLEDWIDTH + x + cx] = 0;             }             line > >= 1;         }     }     OLED_Draw_Pixel(x + 6, y, 0);     OLED_Draw_Pixel(x + 6, y + 1, 0);     OLED_Draw_Pixel(x + 6, y + 6, 0);     OLED_Draw_Pixel(x + 6, y + 7, 0); }

在代码中调用 OLED_show_string 函数和 OLED_show_char 函数显示数值和字符。

OLED_Init(); OLED_Clear(); OLED_show_string(0, 0, "HELLO WORLD!"); OLED_show_string(0, 16, "TEMP:20 C");

需要对 STM32F103ZET6 的 IO 口进行配置，将用于连接 PT100 温度传感器的引脚设置为输入模式。

这里以 PA0 引脚作为 PT100 传感器的连接口（即 PT100 三线连接中的 R3 端），代码如下：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入模式 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

接下来需要对 STM32F103ZET6 的 ADC 进行初始化配置，使其能够读取 PT100 温度传感器输出的电压信号。

这里以 ADC1 通道5 作为读取口，代码如下：

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); // 设置 ADC 时钟为 PCLK2 的 1/6 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); // 打开 ADC1 时钟 ADC_DeInit(ADC1); // 初始化 ADC1 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换模式 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 开启 ADC1

根据 PT100 温度传感器输出电压与温度的关系，可使用线性函数计算出温度值。

转换公式如下：

Rt = (Vref - Vpt) / Ipt // Rt 为 PT100 的阻值，Vref 为基准电压，Vpt 为 PT100 输出电压，Ipt 为 PT100 驱动电流 Temp = a * Rt + b // Temp 为温度值，a 和 b 为经过拟合后的系数

其中 Rt 的计算需要使用差分运算放大器进行转换，这里不再赘述。假设已经得到 Rt 值，则温度转换函数代码如下：

float PT100_Get_Temperature(float Rt) {     float a = 3.9083e-3f, b = -5.775e-7f, R0 = 100.0f; // 根据实际数据进行拟合得到 a、b 和 R0 的值     float Tem, delta;     delta = pow(Rt / R0, 2) + a * (Rt / R0) + b;     Tem = (delta > 0) ? (-R0*a + sqrt(delta)) / (2 * b) : 0;     return Tem; }

根据差分放大器输出的电压值得到 PT100 温度传感器的阻值，再根据阻值计算出实际温度，最后将温度值通过串口打印出来。以下是数据采集代码：

float ADC_Get_Voltage(void){    float voltage = 0;    uint16_t adc_val = 0;    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5); // 配置 ADC 通道5    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 使能软件触发 ADC 转换    while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); // 等待转换结束    adc_val = ADC_GetConversionValue(ADC1); // 读取 ADC 转换结果    voltage = (float)adc_val * 3.3f / 4096; // 计算基准电压    return voltage;}float PT100_Get_Rt(float Vpt){    float Rsource = 10e3f, Rpt = 100.0f; // Rsource 为差分放大器输出电阻，Rpt 为 PT100 阻值    float Ipt = (3.3f - Vpt) / Rsource; // 计算 PT100 驱动电流    float Rt = (3.3f - Vpt) / Ipt; // 根据欧姆定律计算出 PT100 阻值    return Rt;}void USART1_Send_Float(float f){    char buf[32];    sprintf(buf, "%.1f", f); // 转换为字符串    while (*buf)    {        USART_SendData(USART1, *buf);        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);        buf++;    }}int main(void){    ...    while (1)    {        float Vpt = ADC_Get_Voltage(); // 获取差分放大器输出电压        float Rt = PT100_Get_Rt(Vpt); // 计算 PT100 阻值        float Temp = PT100_Get_Temperature(Rt); // 根据阻值计算温度        USART1_Send_Float(Temp); // 将温度值打印到串口        delay_ms(500);    }    ...}

审核编辑 黄宇