基于PID的STM32恒温控制系统设计Word下载.docx

1、系统硬件、软件设计正确，分析合理，且与描述相一致，程序可靠运行，结论正确。设计报告文本质量符合要求，格式规范，文理通顺。成绩摘 要研究基于STM32单片机和温湿度传感器的恒温智能控制系统。温度具有时变性、非线性和多变量耦合的特点。在温度控制过程中，温度的检测往往滞后于温度的调控，从而会引起温度控制系统的温度出现超调、温度振荡的现象。在设计中提出了基于增量式PID算法控制温度的模型，系统采用低功耗的STM32作为主控芯片、DHT11数字式温度传感器和半导体温度调节器。实验结果表明，该系统能够有效地维持系统地恒温状态。通过将数字PID算法和STM32单片机结合使用，整个控制系统的溫度控制精度也提高

2、了，不仅仅满足了对温度控制的要求，而且还可以应用到对其他变量的控制过程中。所以，在该温度控制系统的设计中，运用单片机STM32进行数字PID运算能充分发挥软件系统的灵活性，具有控制方便、简单和灵活性大等优点。关键词：STM32，PID算法，恒温控制，DHT11 1绪论温度控制系统具有滞后性，时变性和非线性的特点。无法建立精准的数学模型，因此使用常规的线性控制理论无法达到满意的控制效果。在嵌入式温度控制系统中的关键是温度的测量、温度的控制和温度的保持，温度是工业控制对象中主要的被控参数之一。因此，嵌入式要对温度的测量则是对温度进行有效及准确的测量，并且能够在工业生产中得广泛的应用，尤其在机械制造

3、、电力工程化工生产、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常工作和生活中，也被广泛应用于空调器、电加热器等各种室温测量及工业设备的温度测量。但温度是一个模拟量，需要采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量，才生使用计算机进行相应的处理。2 设计方案为了对于交流负载做到温度精确,升温采用控制双向可控硅导通角度进行升温控制。降温采用PWM电压控制，因为当前降温采用制冷片，风扇等降温手段，采用直流电压供电方式，选用PWM控制使降温更加精确。温度采集选用温度传感器DHT11，好处为可做到高精度，整体框图如图1所示。图1 系统框图3硬件设计3.1 DHT11温度传感器DHT11数字

4、温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有枀高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。DHT11电路图如图2所示。图2 HT11电路图DHT11是通过单总线与微处理器通讯，只需要一根线，一次传送40位数据，高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据 + 8bit湿度小数数据 + 8bint温度整数数据 + 8bit温度小数数据 + 8bit校验位校验算法：将湿度、温度的整数小数累加，只保留低8位。微处理器（M0）与DHT11通信约定：主从结构，DHT1

5、1为从机，M0作为主机， 只有主机呼叫从机，从机才能应答。详细流程：M0发送起始信号 - DHT响应信号 - DHT通知M0准备接受信号 - DHT发送准备好的数据 - DHT结束信号- DHT内部重测环境温湿度数据并记录数据等待下一次M0的起始信号。由流程可知，每一次M0获取的数据总是DHT上一次采集的数据，要想得到实时的数据，连续两次获取即可，官方不建议连续多次读取DHT，每次读取的间隔时间大于5秒就足够获取到准确的数据，上电时DHT需要1S的时间稳定。3.2LCD屏幕显示TFT-LCD 又叫做薄膜晶体管液晶显示器，其管脚图如图3所示，其管脚在STM32F103中有相应的管脚对应。常用的液

6、晶屏接口很多种，8 位、 9 位、16位、18 位都有。而常用的通信模式呢，主要有 6800 模式和 8080 模式两种，今天呢，我们来讲的是 8080 模式。如果大家接触过 LCD1602 或者 LCD12864 等，那么就会发现 8080 模式的时序呢，其实跟 LCD1602 或者 LCD12864 的读写时序是差不多的。8080 接口有 5 条基本的控制线和多条数据线，数据线的数量主要看液晶屏使用的是几位模式，有 8 根、9 根、16 根、18 根四种类型。图3 LCD引脚图3.3 STM32单片机在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM3

7、2基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列;新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合STM32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。内核:ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。存储器:片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。

8、时钟、复位和电源管理:2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。上电复位（POR）、掉电复位（PDR）和可编程的电压探测器（PVD）。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。低功耗:3种低功耗模式:休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。调试模式:串行调试（SWD）和JTAG接口。DMA:12通道DMA控制器。支持的外设:定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。3个12位的us级的A/D转换器（16通道）:A/D测量范围:0-3.6V。双采样和保

9、持能力。片上集成一个温度传感器。2通道12位D/A转换器:STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE独有。最多高达112个的快速I/O端口:根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。最多多达11个定时器:4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器:最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器（独立看门狗和窗口看门狗）。Systick定时器:24位倒计数器。2个16位基本定时器用于驱动DAC。最多多达

10、13个通信接口:2个IIC接口（SMBus/PMBus）。5个USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制）。3个SPI接口（18 Mbit/s），两个和IIS复用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。ECOPACK封装:STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封装形式。4 软件设计4.1 软件流程图 写出软件流程图，并附加文字说明。本次软件的编写是在keil5上进行，界面如图X，并在编写后生成.Hex文件，然后用烧写软件FlyMcu（界面如图X）将.Hex文件烧写在开发版上，流程如图X。图X keil5软件界面图X 烧写流程图图X

11、烧写软件本程序软件功能是使用DHT11温湿度检测模块检测温湿度，将检测到的温湿度送到STM32单片机，和单片机的摄入设定值进行比较，当检测温度高于设定值时，风扇开启，同时可以用按键去查看LCD屏幕上的温湿度值及风扇转速，程序结构如图X。图X 程序功能框架图4.2 软件程序主程序如下：#include main.hlcd.hkey.hdelay.hzi.hextern const unsigned char gImage_111153600;int main（void） static u8 key; u8 yd; Delay_Init（）;/嘀嗒时钟延时初始化 Led_Init（）; /LED灯

12、初始化 Beep_Init（）;/蜂鸣器初始化 Key_Init（）; /按键初始化 Uart_Init（115200）;/串口初始化 /定时器3 PWM模式1初始化-周期1ms，占空比50% TIM3_PWMConfig（1000,72,500）; LCD_Init（）;/LCD初始化 /定时器4初始化-定时时间为1秒 TIM4_Config（10000,72）; /LCD显示 Draw_Text_8_16_Str（50,50,WHITE,BLACK,姓名 学号）; Draw_Text_8_16_Str（50,70,WHITE,BLACK,李燕辉 1501190009 Draw_Text_8

13、_16_Str（50,90,WHITE,BLACK,孟舒展 1501190047 Draw_Text_8_16_Str（50,110,WHITE,BLACK,王义涛 1501190046 while（1） key = Get_Key_Val（）; if（key） yd = key; switch （yd） case 1 : Paint_Bmp（0,0,240,320,gImage_111）; break; case 2 : PID_Ctrl（DHT11_ShowTAndH（）;break; case 3 : drawpidline（0x1111）; Draw_Text_8_16_Str（50,

14、50,RED,BLACK,温湿度机转速 / drawpidline（0x1111）; case 4 : LCD_Clear（WHITE）; default : ; 5 实物调试与结果在调试时我们也是遇到了很多问题，在刚开始没有缓存按键导致数据无法传递，在显示温度时发现温度稳定在某一数值保持不变，经程序检查发现将按键的值缓存到寄存器中进行连续发送，此问题解决。在显示图片和文字时发现显示效果不理想，图片模糊、字体乱码，排除问题时发现是字体取模方式以及图片格式不对，将文字横向取模调整成纵向取模和图片格式改成.jpg后再次显示，效果良好。最终调试结果如图X，图X，图X，图X，图X，图X 上电初始图图X 清屏图温湿度显示及转速波形温度低于设定值时风扇停止转动总 结 本次实训持续两周左右，在这期间我们对更高一级的单片机STM32的认知从无到有，学习了这种单片机的编程思路，不同于我们以前学的51单片机，这种单片机功能更强大，编程也更繁琐，应用也更广泛，每使用一个模块，都要对其进行时钟和寄存器的配置，这样的设计更符合低功耗的要求，更适合社会的发展趋势，这次实训也让