基于STM32的温度控制实验设计VIP专享VIP免费

基于STM32的温度控制实验设计摘要：设计一种基于STM32单片机的高精度温度控制实验系统，调温范围为15～130℃。系统包括测温、控制、人机交互和加热器等模块，使用DS18B20温度传感器测量温度，采用搭载ARMCortex?M内核的STM32F429单片机作为控制核心，人机交互部分采用TFT显示屏实时显示温度，通过PWM脉冲宽度调制波驱动加热器。该系统可以实现温度的测量变送、控制、数据存储和分析功能。采用自适应性强的模糊PID算法，实现三个控制参数的在线修正。不需要建立被控对象精确模型就能保证加热器功率的实时控制要求，实现较快和较稳的动态性能。实验测试结果证明了该方法的实用性和有效性。关键词：温度控制；温度实时显示；脉冲宽度调制；模糊PID中图分类号：TN876?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）12?0037?04Abstract：Ahigh?precisiontemperaturecontrolexperimentalsystembasedonmicrocontrollerSTM32wasdesigned，whosetemperaturerangeisfrom15to130.℃℃Thesystemcontainsfourmodulesoftemperaturemeasurement，control，man?machineinteractionandheater.DS18B20temperaturesensorisusedtodetecttemperature.single?chipmicrocomputerSTM32F429withARMCortex?Mkernelistakenasthekeycontrolunit.TFTscreenisadoptedinthehuman?computerinteractionparttorealizetemperaturereal?timedisplay.Theheaterisdrivenbypulsewidthmodulation（PWM）wave.Thesystemcanimplementthefunctionsoftransmission，control，datastorageandanalysisofdetectedtemperature.TheadaptivefuzzyPIDalgorithmisadoptedtorealizetheon?linecorrectionofthreecontrolparameters.Itisunnecessarytoestablishaccuratemodelforthecontrolledobjecttoguaranteethepowercontrolrequirementsoftheheater，realizethefast?responseandstabledynamicperformance.Theexperimentalresultshasprovedthepracticabilityandvalidityofthemethod.Keywords：temperaturecontrol；real?timedisplayoftemperature；PWM；fuzzyPID自控原理实验中温度控制是较复杂的非线性问题，实验教学课堂效率低，过程缓慢，误差大，较难满足教学需求[1?2]。如果能够设计合适的温度控制模块，把温度控制在设定偏差允许范围内，满足实验中对温度控制的超调小、速度快等要求，那么将会提高实验教学的效率和增强学生学习控制理论的兴趣。另外，在现代实验教学过程中，信息的处理和算法设计的融合更加方便，给设计具有温度测量、控制和通信能力的开放式温度控制模块提供了充分条件。基于这种应用背景和设计理念，提出了一种廉价的基于STM32的温度控制实验系统，可以实现温度的测量变送、控制、数据存储和分析功能。1系统整体设计自控原理实验中的温度控制系统主要由四个部分组成：温度检测模块、人机交互模块、控制器和PWM驱动加热模块。系统整体结构如图1所示。温度检测模块以DS18B20温度传感器为核心，将检测到的温度信号传送给STM32进行温度的实时检测，同时输出给单片机温度信号及变化规律，指导控制器控制信号的强度。要想准确控制某个量变化，需带有反馈的闭环控制，将被控制量稳定在设定值的偏差范围内，通过温度测量模块来实现反馈。温度检测模块的测量误差必须尽可能的减小。人机交互模块由2.4英寸TFT彩色显示屏和两个物理按键组成。控制器选用了搭载ARMCortex?M内核的STM32F429单片机，利用模糊控制原理设计控制算法。应用PWM驱动电路实现直流电压调制从而驱动被控对象。2系统各模块设计2.1主控模块设计选择STM32作为主控芯片。由于STM32F429型单片机具有的低功耗、高速度以及再编译简单有效、对彩色显示屏的驱动应用更加方便直接等，采用STM32F429型单片机作为控制微处理器。STM32单片机基于ARMCortex?M内核为嵌入式应用，STM32单片机新产品外设共有12条DMA通道，还有一个CRC计算单元，支持96b惟一标识码，其供电电压在2.0～3.6V时也可以保证工作效率，运行程序时以72兆次/s的速度从只读程序存储器中读取命令，只需要27mA的电流就可以驱动[3?4]。另外提供了4种极低耗电量的节能模式，可以把电流降低到2μA，无论哪种...