初学者
10 分钟

通过J1031C3VDC.15S和STM32F446RE,基于NTC热敏电阻的温度读数控制外部设备

温度监控与控制解决方案

Thermostat 5 Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 12月 19, 2024

点击板

Thermostat 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

监测和控制温度,结合灵活的模拟和数字信号处理,非常适合用于 HVAC 系统和工业自动化

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Thermostat 5 Click 是一款扩展板,旨在高效监控温度并控制外部设备。其核心功能包括一个 NTC 连接器,可集成 NTC 热敏电阻以测量温度变化。热敏电阻产生的信号首先由 Microchip 的 MCP6022 轨到轨输入/输出运算放大器处理,该放大器对热敏电阻信号进行放大,确保温度监控的高精度和可靠性。根据所选的信号处理模式,放大的信号将传输到主 MCU 进行进一步分析。Thermostat 5 Click 非常适合需要精确温度监控和响应式外部设备控制的应用,无论是在工业自动化、HVAC 系统还是其他对温度敏感的环境中,都能提供可靠的性能和多样化的集成选项。如前所述,Thermostat 5 Click 的一个关键功能是其双信

号处理能力,用户可以选择模拟或数字输出。这一选择通过板上的 V SEL 跳线实现,跳线决定了信号是以模拟形式还是数字形式进行处理。当跳线设置为 AN 位置时,放大的信号会被路由到 mikroBUS™ 插座的 AN 引脚,供主 MCU 作为模拟输入处理。而当跳线设置为 ADC 时,信号由 MCP3221 A/D 转换器数字化。这款来自 Microchip 的 12 位分辨率转换器提供精确的数字输出,并通过兼容 I2C 的接口传输到主 MCU。该板还包括一个可靠耐用的继电器,用于根据检测到的温度控制外部电阻负载。CIT Relay and Switch 的 J1031C3VDC.15S SPDT 继电器可处理高达 2A 的负载,并具有高灵敏度,确保以最低功耗实

现高效切换。继电器的 SPDT 配置允许在常开 (NO) 和常闭 (NC) 位置之间切换,为连接设备的控制提供了灵活性。继电器的激活通过 mikroBUS™ 插座的 ON 引脚控制,其状态由板上的橙色 LED 直观显示。此设计确保了继电器运行状态的清晰反馈和便捷监控。该 Click 板™ 可在 3.3V 或 5V 逻辑电压下运行,可通过 VCC SEL 跳线选择。这使得支持 3.3V 和 5V 的 MCU 均可正确使用通信线路。此外,该 Click 板™ 配备了一个包含易用功能和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Thermostat 5 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

环氧树脂涂层NTC热敏电阻温度传感器GA10K3A1IA,由TE Connectivity制造,是一款可靠且耐用的温度传感解决方案,以其高精度和可靠性能在各种应用中实现精准的热监测而闻名。该传感器具有±0.5%的β值公差,可确保精确的电阻-温度测量。其导线长度为76毫米(2.992英寸),便于轻松集成到各种系统中。传感器在25°C时的电阻为10kΩ,可在-40°C至125°C(-40°F至257°F)的宽广温度范围内高效运行,最高工作温度为125°C(257°F)。传感器的β值为3976K(25/85),为温度敏感应用提供可靠性能。此外,该传感器符合欧盟RoHS和欧盟ELV法规,确保满足现代环境和安全标准。结合精确性、耐用性和合规性,环氧树脂涂层NTC热敏电阻传感器非常适合用于工业温度监测、HVAC系统、汽车应用以及其他需要精确稳定热感测的环境。其环氧树脂涂层提供额外保护,即使在苛刻条件下也能确保持久性能。

Thermostat 5 Click accessories 1 image

镀镍黄铜NTC热敏电阻探头,型号为A1004BT22P0,由TE Connectivity制造,是一款高质量的温度传感解决方案,适用于各种HVAC/R系统和表面感测应用。此探头以其可靠性和精确性而闻名。其镀镍黄铜传感器外壳具有增强的耐久性和抗环境因素能力,非常适合在苛刻条件下使用。该热敏电阻探头配备22 AWG扁平电缆,并带有开放式电气连接,便于集成到各种系统中。导线长度为3048毫米(120英寸),为多样化安装提供了充足的灵活性。探头在25°C时的电阻为10kΩ,在0°C至70°C的温度范围内具有±0.2°C的高精度。其运行温度范围为-40°C至105°C(-40°F至221°F),可在极寒和高温环境中高效运行。热敏电阻的电气特性包括3976K(25/85)的β值,确保了其精确的温度感测能力。该设备符合欧盟RoHS和欧盟ELV标准,体现了其环保设计和严格法规的遵守。凭借其坚固的结构和可靠的性能,这款镀镍黄铜NTC热敏电阻探头是需要精确稳定温度监测的应用的理想选择,特别适用于采暖、通风、空调系统和其他表面温度感测任务。

Thermostat 5 Click accessories 2 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Analog Output
PC0
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Relay Control
PC8
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Thermostat 5 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F446RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Thermostat 5 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • thermostat5_set_relay - 此功能通过设置 ON (PWM) 引脚的状态来控制继电器。

  • thermostat5_get_temperature - 此功能使用 NTC 热敏电阻读取并计算摄氏度 [degC] 的温度。

  • thermostat5_read_voltage - 此功能为 Thermostat 5 点击板驱动程序设置电压参考值。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Thermostat 5 Click Example.
 *
 * # Description
 * This library contains API for the Thermostat 5 Click driver 
 * for temperature measurement and relay control.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of the I2C or ADC module and log UART set the relay to an OFF state.
 *
 * ## Application Task
 * The demo application measures temperature in degrees Celsius.
 * If the temperature increases above 30 degrees Celsius, 
 * the relay will turn ON, otherwise it will turn OFF.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @note
 * For temperature measurement, we used Semitec 103AT-2 NTC Thermistors. 
 * - Beta parameter:  3435 K	
 * - Resistance:      10 kOhms	
 * - Tolerance:	      1 %
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "thermostat5.h"

// Demo temperature limit for relay control
#define THERMOSTAT5_TEMPERATURE_LIMIT    30.0

static thermostat5_t thermostat5;   /**< Thermostat 5 Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    thermostat5_cfg_t thermostat5_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    thermostat5_cfg_setup( &thermostat5_cfg );
    THERMOSTAT5_MAP_MIKROBUS( thermostat5_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = thermostat5_init( &thermostat5, &thermostat5_cfg );
    if ( ( ADC_ERROR == init_flag ) || ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    thermostat5_set_relay( &thermostat5, THERMOSTAT5_RELAY_OFF );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{
    float temperature = 0;
    if ( THERMOSTAT5_OK == thermostat5_get_temperature( &thermostat5, &temperature ) )
    {
        log_printf( &logger, " Temperatur : %.2f [degC]\r\n", temperature );
        if ( THERMOSTAT5_TEMPERATURE_LIMIT < temperature )
        {
            thermostat5_set_relay( &thermostat5, THERMOSTAT5_RELAY_ON );
            log_printf( &logger, " Relay: ON\r\n" );
        }
        else
        {
            thermostat5_set_relay( &thermostat5, THERMOSTAT5_RELAY_OFF );
            log_printf( &logger, " Relay: OFF\r\n" );
        }
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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