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第四章 BACnet专用控制器软硬件系统

4.1 BACnet专用控制器硬件系统

4.1.1 硬件结构

本控制器的硬件平台为嵌入式STM32V5开发板，主要由STM32F103微控制器组成，该微控制器带有以太网接口和RS485接口，其他还包括电源模块、ADC（数/模转换器）模块、存储器单元等错误！未找到引用源。。硬件模型如下图所示：

CPUSTM32F103以太网模块EIA-485驱动工作站路由器电源晶振485现场总线

图控制器硬件构成

4.1.2 STM32MCU简介

本控制器主芯片选用基于ARM Cortex-M3 32位RISC内核的高性能STM32F103VET6。因为拥有内置的ARM内核，因此它与所有的ARM工具和软件兼容，所以软件开发平台我们选取Keil μVision5。芯片的主要特性如下：

 工作频率为72MHz；

 工作电压为2.0V--3.6V，工作温度在-40°C至+105°C的范围；

 它具有100引脚封装，有着多达80个快速I/O端口和联接到两条APB总线的外设；

 内置高速存储器（128K字节的闪存和20K字节的SRAM）；

 2个12位的ADC，用于对输入电源和负载电流检测，具有双采样和保持功能，A/D测量范围：0-3.6 V，片上集成了温度传感器；

 拥有4个通用16位定时器、2个看门狗定时器以及一个PWM定时器，所以在时序方面能够达到BACnet需求。

 3个USART接口，其中一个用于MS/TP总线的串口收发；

 2个I2C（SMBus/PMbus）和2个SPI同步串行接口（1兆位/秒）；

 内嵌4至16MHz高速晶体振荡器、带校准功能的32kHz RTC振荡器、40kHz的RC振荡器、经出厂调校的8MHz的RC振荡器；

 一个USB和一个CAN接口；

 支持三种低功耗模式：睡眠模式、停机模式和待机模式，用以保证低功耗应用的省电要求。

 调试模式包括：串行线调试（SWD）和JTAG接口，本文使用JTAG调试。

4.1.3 RS485通信模块

本控制器中使用的RS-485收发器芯片为SP3490。SP3490是+3.3V低功耗的全双工收发器，符合RS-485电气规范，能够满足本文控制器有关串行通信的需求，数据传输速率可高达10Mbps（带负载），可实现低功耗操作，而且同时不会降低性能。其他特性还包括：

 可与+5V的逻辑电路共同工作；

 -7V～+12V的共模输入电压范围；

 ±200mV 的接收器输入灵敏度；

 允许在同一串行总线上连接32个收发器等；

 兼容 LTC490 和 SN75179。

图4-2 RS-485接口电路

4.1.4 电源模块

通过稳压器AMS1117-3.3输入+5V，提供3.3V的固定电压输出，为了降低电磁干扰，电容C1-C5为CPU提供BANK电源滤波。VREF+采用VDDA电源基准。LED灯显示当前电源连通状态。为RTC的备份电源采用V1 3.3V锂离子片状电池。

该稳压器应用范围广泛，可用于高效线性稳压器、后置稳压器、用于交换式电源、5V至3.3V线性稳压器、有源SCSI终端等。

图4-3 电源模块电路

4.1.5 时钟源电路

共需要两路时钟输入，一路是CPU处理器的工作时钟，另一路提供给RTC电路。

低速外部时钟源(LSE)为32.768KHz晶体谐振器B2。C10、C11谐振电容选择6P。

外部晶体/陶瓷谐振器(HSE)为8MHz晶体谐振器B1，C8、C9谐振电容选择10P，系统的时钟经过PLL模块将时钟提高到72MHz。

图4-4 时钟源电路 4.1.6 JTAG接口

JTAG(Joint test action group)也是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片代码的烧写和测试。因为ARM内核的处理器中都集成了JTAG调试模块，本文选用的STM32处理器就是如此，所以对于ARM系统来说，使用JTAG的调试模式最方便。同时JTAG调试具有很多的优点，比如软件硬件均可调试，十分便捷、无需任何监控程序、可以重复利用JTAG硬件测试接口，还能够在RAM 和ROM中设置断点。综上考虑，本文选取了JTAG作为本控制器的调试模式，控制器的JTAG接口电路如下图：

图4-5 JTAG接口电路

4.2 BACnet专用控制器软件设计

本文中的控制器是一个按照BACnet互操作性要求设计的BACnet专用控制器（B-ASC），采用了主流的软硬件技术，具有模拟输入/输出、数字输入/输出。控制器的软件设计以嵌入式实时操作系统µC/OS-Ⅱ为基础，采用多任务机制，通过任务调度和任务监视，具有较好的实时性和可靠性。软件层面的模型如下图4-6：

I/O模块应用程序Device对象Analog-Input对象Analog-Output对象Binary-Input对象Binary-Out对象对象实例集嵌入式µC/OS-Ⅱ操作系统协议栈网络与服务Device Communication Control或Read Property或Write PropertyResult+或者Result－Who-has或者Who-isI-have或者I-am图4-6 控制器软件模型 4.2.1 需求分析

由于使用一致性类和功能组的概念进行BACnet系统的说明和设计有一定难度且较为抽象，所以为了更清晰明了的对BACnet网络中的DDC控制系统进行说明和描述，ASHRAE 13 DDC（ASHRAE Guideline-13，Special Direct Digital

Control System）总结了DDC系统的体系结构、输入/输出接口结构、通信、程序配置和系统测试等方面，定义了一种设计及说明DDC控制系统的标准化方法错误！未找到引用源。。该方法将对楼宇自控系统内任意设备间的交互内容描述总结为以下5个互操作域：

（1）“数据共享”（Data Sharing）互操作域；

（2）“报警与事件管理”（Alarm and Event Management）互操作域；

（3）“时间安排”（Scheduling）互操作域；

（4）“趋势或日志”（Trending）互操作域；

（5）“设备与网络管理”（Device and Network Management）互操作域。

BACnet协议共定义了6个类型的BACnet标准设备：

① 操作员工作站（Operator Workstation，B-OWS）

② 楼宇控制器（Building Controller，B-BC）

③ 高级应用控制器（Advanced Application Controller，B-AAC）

④ 专用控制器（Application Specific Controller，B-ASC）

⑤ 智能执行器（Smart Actuator，B-SA）

⑥ 智能传感器（Smart Sensor，B-SS）

这6种标准设备各自实现不同类别的互操作域（Interoperation Area）。本文设计的控制属于BACnet专用控制器（B-ASC），它所实现的功能用互操作域描述如下：

（1）数据共享：允许其他设备访问所有对象的属性值；允许其他设备（如操作员工作站B-OWS）修改所有或部分对象的属性值；

（2）报警与事件管理：不要求支持该项功能；

（3）时间安排：不要求支持该项功能；

（4）趋势与日志：不要求支持该项功能；

（5）设备与网络管理：只允许设置状态和控制参数。

具体到实际中，一个典型的BACnet控制器应具备以下几个方面的功能：

（1）通信功能：正确收发报文，能够和网络内其他的BACnet设备进行通信。

（2）监视功能：监视与它相连的控制设备的状态，并能够将其状态信息传达到网BACnet络中。 （3）控制功能：能够控制与其相连的底层设备的运行状态。

4.2.2 基于BACnet协议的控制器通信

本文使用了BACnet的一个开源协议进行二次开发，最新版本的源码可以从网站下载，本文使用的源码版本为bacnet-stack-0.8.2。该开源协议栈可移植到多种体系结构的芯片中，可实现BACnet服务器、客户机和路由器等功能，使用时根据需要进行选择。协议栈同时实现了大部分的BACnet协议标准服务的编码和解码函数，对于比如模拟输入/输出、数字输入/输出等常用的BACnet对象也得到应用，可以满足本文的开发使用需求。

BACnet协议栈在本文所设计控制器中的整体实现过程如下图4-7所示：

应用程序系统运行软硬件输入软硬件输出ASC应用用户单元BACnet应用对象设备对象AI、AOBI、BOAPIBACnet应用服务BACnet编码器BACnet解码器APCI，服务相关参数请求状态机响应状态机APCI APDUAPCI APDU应用层协议状态机网络层N_UNITDATA.reqN_UNITDATA.ind数据链路层MS/TP主节点状态机发送队列TxQ接收队列RxQDL_UNITDATA.reqDL_UNITDATA.indNPCI,APDUMPCI,NPDU物理层（UART）发送帧接收帧图4-7 协议栈实现示意图

根据手上STM32开发板的硬件配置和考虑到实验室应用环境中的数据参数，我们在程序中建立了五种BACnet对象：一个Device对象、Binary_Input对象、Binary_Output对象、Analog_Input对象、Analog_Output对象。Binary_Input对象对应如回风机运行状态和故障状态，Binary_Output对象对应开发板上的继电器输出，控制相连接开关的启停，Analog_Input对象对应连接传感器输入的模拟量值例如温度、湿度、压力等，Analog_Output对象对应输出的模拟量信号如回风机频率调节等。Device对象则是对设备的概括描述，包含了基本信息。

对控制器中BACnet参数的配置包括MAC地址、设备对象实例等。设备对象实例没有硬性要求，只要不和互联网络内其他设备重复即可，此处设置为103；因为实验室内还有另外5个标准MS/TP设备，所以为了有序而将MAC地址设置为6。

控制器与其他BACnet设备间的通信基于不同的应用服务，具有不同的互操作功能。本文的BACnet专用控制器主要具有数据共享和网络管理两部分互操作内容。通过ReadProperty、WriteProperty、Who-Is、Who-Has等完成服务发起方和服务执行方之间的操作。

4.2.3 PID控制算法

作为楼宇自控系统，需要对很多环境参数进行控制，例如温度、湿度、压力等，而控制器在运行时可以集成一些控制算法来实时控制设备运行状态。在自控系统中，数据参数会一直处于变化状态，很难建立出一个精确的数学模型，采用PID控制算法在此时就可以起到较好的效果。因为该算法的简单、鲁棒性强等优点，目前在楼宇DDC控制器中应用最为广泛。

一般PID算法的表达式为：

dttdeTdtteTteKttpD0I1u（4.1）

对应模拟控制器的传递函数为：

合集下载

STM3210E官方评估开发板资料

STM3210E官方评估开发板资料

July 2010Doc ID 14220 Rev 5

1/48UM0488

User manual

STM3210E-EVAL

evaluation board

Introduction

The STM3210E-EVAL evaluation board is designed as a complete development platform for

STMicroelectronic's ARM Cortex-M3 core-based STM32F103ZGT6 microcontroller with full

speed USB2.0, CAN2.0A/B compliant interface, two I2

S channels, two I2

C channels, five

USART channels with smartcard support, three SPI channels, two DAC channels, FSMC

interface, SDIO, internal 96KB SRAM and 1MB Flash, JTAG and SWD debug support.

The STM3210E-EVAL products delivered with the MB672 board versions D-03 or older are

based on the STM32F103ZET6 instead of the STM32F103ZGT6 and include 64KB internal

SRAM and 512KB Flash. The board number and version are on a label on the bottom side

of the board.

The full range of hardware features on the board helps you to evaluate all peripherals (USB,

stm32f103c8t6的数据手册

stm32f103c8t6的数据手册

《STM32F103C8T6的数据手册》

一、概述

STM32F103C8T6是ST公司生产的32位ARM Cortex-M3内核的微控制器，具有丰富的外设接口和强大的性能，广泛应用于工业控制、自动化设备、消费类电子产品等领域。本文旨在对STM32F103C8T6的数据手册进行全面的介绍，帮助读者更好地理解和应用这款微控制器。

二、概览

1. 器件简介

STM32F103C8T6是一款高性能、低功耗的微控制器，拥有72MHz工作频率，64KB Flash存储器和20KB RAM。其丰富的外设接口包括多个通用定时器、串行通信接口、模拟-数字转换器等，适用于各种复杂的应用场景。

2. 功能特性

STM32F103C8T6的主要功能特性包括：

- ARM Cortex-M3内核

- 64KB Flash存储器、20KB RAM

- 丰富的外设接口：通用定时器、串行通信接口、模拟-数字转换器等

- 低功耗模式：多种低功耗模式可选，满足不同需求

3. 应用领域

STM32F103C8T6广泛应用于工业控制、自动化设备、消费类电子产品等领域，如工业控制器、电源管理系统、医疗设备等。

三、详细规格

1. 通用定时器

STM32F103C8T6内置了多个通用定时器，可用于生成精准的定时脉冲，计数器和PWM输出等功能。

2. 串行通信接口

该微控制器支持多种串行通信接口，包括SPI、I2C和USART，可用于与外部设备进行高速数据传输。

3. 模拟-数字转换器

STM32F103C8T6配备了多个模拟-数字转换器，可实现精确的模拟信号采集和处理。

4. 中断控制器

中断控制器可实现对各种外部事件的响应，提高系统的实时性和稳定性。

5. 时钟控制

时钟控制模块支持多种时钟源和分频设置，可满足不同应用场景的时序要求。

6. 低功耗模式

STM32F103C8T6支持多种低功耗模式，包括待机模式、休眠模式和停止模式，有效降低系统功耗，延长电池寿命。

stm32f103中文资料

stm32f103中文资料

数据手册 参照2009年4月 STM32F103x8B数据手册 英文第10版 （本译文仅供参考，如有翻译错误，请以英文原稿为准） 1/62 STM32F103x8 STM32F103xB 中等容量增强型，32位基于ARM核心的带64或128K字节闪存的微控制器 USB、CAN、7个定时器、2个ADC 、9个通信接口 功能■ 内核：ARM 32位的Cortex™-M3 CPU − 最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz(Dhrystone 2.1) − 单周期乘法和硬件除法 ■ 存储器 − 从64K或128K字节的闪存程序存储器 − 高达20K字节的SRAM ■ 时钟、复位和电源管理 − 2.0～3.6伏供电和I/O引脚 − 上电/断电复位(POR/PDR)、可编程电压监测器(PVD) − 4～16MHz晶体振荡器 − 内嵌经出厂调校的8MHz的RC振荡器 − 内嵌带校准的40kHz的RC振荡器 − 产生CPU时钟的PLL − 带校准功能的32kHz RTC振荡器 ■ 低功耗 − 睡眠、停机和待机模式 − VBAT为RTC和后备寄存器供电 ■ 2个12位模数转换器，1μs转换时间(多达16个输入通道) − 转换范围：0至3.6V − 双采样和保持功能 − 温度传感器 ■ DMA： − 7通道DMA控制器 − 支持的外设：定时器、ADC、SPI、I2C和USART ■ 多达80个快速I/O端口 − 26/37/51/80个I/O口，所有I/O口可以映像到16个外部中断；几乎所有端口均可容忍5V信号 ■ 调试模式 − 串行单线调试(SWD)和JTAG接口 ■ 多达7个定时器 − 3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入 − 1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器 − 2个看门狗定时器(独立的和窗口型的) − 系统时间定时器：24位自减型计数器 ■ 多达9个通信接口 − 多达2个I2C接口(支持SMBus/PMBus) − 多达3个USART接口(支持ISO7816接口，LIN，IrDA接口和调制解调控制) − 多达2个SPI接口(18M位/秒) − CAN接口(2.0B 主动) − USB 2.0全速接口 ■ CRC计算单元，96位的芯片唯一代码 ■ ECOPACK®封装 表1 器件列表 参 考 基本型号 STM32F103x8STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103T8 STM32F103xBSTM32F103RB、STM32F103VB、STM32F103TB 本文档英文原文下载地址： /stonline/products/literature/ds/13587.pdf 深圳市迪通科技有限公司ＴＥＬ：０７５５－８３３１２９４７８３３１３９４１　８３３１７４８８ＦＡＸ：０７５５－８３３１１５６８

stm32单片机控制继电器代码

stm32单片机控制继电器代码

stm32单片机控制继电器代码

1.引言

1.1 概述

在本文中, 我们将探讨如何使用STM32单片机来控制继电器。继电器是一种常见的电子元件，用于控制电路的打开和关闭。它可以通过小电流控制大电流，并在电路中起到开关的作用。

本文的目的是介绍如何使用STM32单片机来实现对继电器的控制。我们将通过编写相应的代码，实现STM32单片机与继电器的连接，并控制继电器的开关。此外，我们还将介绍继电器的原理和应用，并提供一些实际的应用案例和展望。

通过阅读本文，读者将会了解到如何利用STM32单片机来控制继电器，并且可以将所学知识应用于各种实际情境中。本文将以易于理解和实践的方式呈现相关内容，以帮助读者更好地理解和掌握这一技术。

1.2文章结构

1.2 文章结构

本文将分为三个主要部分进行讨论。首先，引言部分将提供关于文章的背景和主要目标的概述。其次，正文部分将介绍STM32单片机的基本概念和特性，以及继电器的原理和应用。最后，结论部分将展示如何实现STM32单片机控制继电器的代码，并提供一些应用案例和展望。

在正文部分中，我们将首先详细介绍STM32单片机的基本知识，包括其架构、性能和应用领域。随后，我们将探讨继电器的原理和工作方式，以及在各种电子系统中的广泛应用。通过对继电器的深入理解，我们将能够更好地理解STM32单片机控制继电器的代码实现过程，并加深对其应用的认识。

在结论部分，我们将给出一份实现STM32单片机控制继电器的代码示例，以帮助读者更好地理解如何利用STM32单片机实现对继电器的控制。此外，我们还将提供一些实际应用案例，展示继电器在各种领域中的重要作用，并展望未来其在智能控制系统中的潜在应用。通过本文的阅读，读者将能够掌握STM32单片机控制继电器的基本技术，并了解其在各种实际场景中的应用前景。

通过以上的分析和讨论，本文将全面介绍STM32单片机控制继电器的相关知识和技术，为读者提供一份系统而全面的指南。希望读者能够通过本文的阅读，获得对该主题的深入理解，并能在实际应用中灵活运用这些知识和技术。