ST MCU广泛应用于各类嵌入式系统中，尤其在工业自动化、家用电器以及传感器应用方面表现出色。本文将介绍如何使用ST MCU实现一个温度传感器数据采集系统，通过简单的编程实现数据的实时读取与显示。
系统设计温度数据采集系统的核心是ST MCU与温度传感器的通信。我们使用 STM32F103C8T6 作为主控芯片，DS18B20 数字温度传感器作为数据采集模块。DS18B20 传感器基于单总线协议，具有精度高、易于集成的特点。
硬件连接- STM32F103C8T6 MCU
- DS18B20 温度传感器
- 4.7kΩ 上拉电阻
将 DS18B20 的数据引脚连接到 STM32 的某个 GPIO 引脚，数据线上拉 4.7kΩ 电阻。DS18B20 的供电引脚接 3.3V，地引脚接 GND。
使用 STM32CubeMX 进行初始化首先使用 STM32CubeMX 生成基本的系统配置代码。选择使用内部高速时钟（HSE），并初始化相应的 GPIO 引脚。通过 CubeMX 可以快速生成硬件初始化代码，节省了大量的手工配置工作。
主程序实现主程序使用单总线协议读取 DS18B20 的温度数据。这里我们将使用 HAL 库与传感器进行通信。
代码实现- #include "main.h"
- #include "onewire.h"
- #include "ds18b20.h"
- void SystemClock_Config(void);
- static void MX_GPIO_Init(void);
- int main(void) {
- HAL_Init();
- SystemClock_Config();
- MX_GPIO_Init();
- float temperature = 0.0;
- // 初始化 DS18B20
- DS18B20_Init();
- while (1) {
- // 读取温度值
- temperature = DS18B20_GetTemp();
- // 打印温度值到串口（或LCD显示）
- printf("Temperature: %.2f°C\n", temperature);
- HAL_Delay(1000); // 延迟1秒，等待下一次读取
- }
- }
- // DS18B20 初始化函数
- void DS18B20_Init(void) {
- Onewire_Init();
- // 其他初始化代码
- }
- // DS18B20 获取温度值函数
- float DS18B20_GetTemp(void) {
- Onewire_Reset();
- Onewire_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM指令
- Onewire_WriteByte(0x44); // 启动温度转换
- HAL_Delay(750); // 等待温度转换
- Onewire_Reset();
- Onewire_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM指令
- Onewire_WriteByte(0xBE); // 读取温度寄存器
- uint8_t temp_lsb = Onewire_ReadByte();
- uint8_t temp_msb = Onewire_ReadByte();
- int16_t temp = (temp_msb << 8) | temp_lsb;
- return temp * 0.0625; // 转换为实际温度值，分辨率为0.0625°C
- }
- static void MX_GPIO_Init(void) {
- __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
- GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
- // 初始化 GPIO 引脚，用于与 DS18B20 进行通信
- GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
- GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
- GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
- GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
- HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
- }
- 初始化部分：我们在主函数 main 中初始化了系统时钟、GPIO、并调用了 DS18B20 的初始化函数 DS18B20_Init()。这个函数通过初始化单总线协议，确保传感器能够正常工作。
- 温度读取：在循环体中，每隔 1 秒通过 DS18B20_GetTemp() 函数读取一次温度数据。这个函数首先发送命令让 DS18B20 启动温度转换，然后读取转换后的温度值，并将其转换为实际温度值，单位为摄氏度。
- 数据输出：这里我们通过 printf 函数将读取到的温度值输出到串口。用户可以将输出重定向到 LCD 或其他显示设备上，实时显示温度数据。
单总线协议解析DS18B20 使用的单总线协议是一种特殊的通信协议，允许多个设备共享同一条数据线。在本例中，我们只使用了一个传感器，因此通信相对简单。单总线协议要求 MCU 先发送复位脉冲，等待传感器的响应，然后发送读取或写入命令。
我们通过 HAL 库封装的 Onewire_Init()、Onewire_WriteByte()、Onewire_ReadByte() 函数来实现这些操作，避免了手动编写低级别的时间控制代码。
系统扩展通过本项目的代码，可以扩展更多的功能。例如：
- 多传感器读取：在同一条单总线上挂载多个 DS18B20 传感器，通过发送不同的 ROM 命令来获取不同传感器的数据。
- 数据存储：将读取到的温度数据存储到 EEPROM 或 SD 卡中，方便后续分析。
- 警报系统：设置温度上下限，当温度超出设定范围时，通过蜂鸣器或 LED 进行报警提示。
总结本文介绍了如何使用 ST MCU 结合 DS18B20 温度传感器实现温度数据采集。通过单总线协议与 HAL 库的结合，我们能够高效地获取传感器数据，并实现实时显示。系统设计简单，易于扩展，非常适合嵌入式系统初学者和开发者学习和使用。
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