基于STM32F103的恒温系统的设计.docx

基于STM32单片机的温度控制系统设计一、本文概述本文旨在探讨基于STM32单片机的温度控制系统的设计。

我们将从系统需求分析、硬件设计、软件编程以及系统测试等多个方面进行全面而详细的介绍。

STM32单片机作为一款高性能、低功耗的微控制器，广泛应用于各类嵌入式系统中。

通过STM32单片机实现温度控制，不仅可以精确控制目标温度，而且能够实现系统的智能化和自动化。

本文将介绍如何通过STM32单片机，结合传感器、执行器等硬件设备，构建一套高效、稳定的温度控制系统，以满足不同应用场景的需求。

在本文中，我们将首先分析温度控制系统的基本需求，包括温度范围、精度、稳定性等关键指标。

随后，我们将详细介绍系统的硬件设计，包括STM32单片机的选型、传感器和执行器的选择、电路设计等。

在软件编程方面，我们将介绍如何使用STM32的开发环境进行程序编写，包括温度数据的采集、处理、显示以及控制策略的实现等。

我们将对系统进行测试，以验证其性能和稳定性。

通过本文的阐述，读者可以深入了解基于STM32单片机的温度控制系统的设计过程，掌握相关硬件和软件技术，为实际应用提供有力支持。

本文也为从事嵌入式系统设计和开发的工程师提供了一定的参考和借鉴。

二、系统总体设计基于STM32单片机的温度控制系统设计，主要围绕实现精确的温度监测与控制展开。

系统的总体设计目标是构建一个稳定、可靠且高效的环境温度控制平台，能够实时采集环境温度，并根据预设的温度阈值进行智能调节，以实现对环境温度的精确控制。

在系统总体设计中，我们采用了模块化设计的思想，将整个系统划分为多个功能模块，包括温度采集模块、控制算法模块、执行机构模块以及人机交互模块等。

这样的设计方式不仅提高了系统的可维护性和可扩展性，同时也便于后续的调试与优化。

温度采集模块是系统的感知层，负责实时采集环境温度数据。

我们选用高精度温度传感器作为采集元件，将其与STM32单片机相连，通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，供后续处理使用。

基于STM32F103T6的温度控制系统设计摘要：针对目前温度控制在工业生产中被广泛应用，而传统的温度控制系统是由功能繁杂的大量分离器件构成，为了节约成本、提高系统的可靠性，本文设计了一种基于STM32F103T6的温度控制系统。

在该系统中，为了减小干扰的影响，用低通数字滤波算法对采样数据进行处理，然后用PID 算法进行决策输出。

同时，利用CAN总线和其他节点进行数据交换。

经过测试，该系统的技术指标满足要求，运行稳定可靠。

Abstract： Specially the temperature control systems are extensively used at present， while the traditional temperature control systems consist of abundant discrete devices. In order to lower the cost and improve the system reliability， the temperature control system based on STM32F103T6 is introduced in the paper. In the system， the sample data are deal with low-pass digital filtering algorithm to decrease the disturbance， and then the output is deduced with the PID algorithm. At the same time， the controller can exchange data with the other nodal points by CAN bus. It is proved that the technical index of the system is satisfied and it works steady.关键词：温度控制；低通数字滤波；PID算法；CAN总线Key words： temperature control；low-pass digital filtering algorithm；PID algorithm；CAN bus TP273 A 1006-4311（2013）28-0240-020 引言在工业控制系统中，温度是最主要的被控参数之一。

基于单片机的水温控制系统的设计AbstractThe purpose of this study is to design a temperature control system for maintaining the desired temperature of water in a tank using a microcontroller. The system is designed to sense the water temperature and control a heating element to maintain the temperature within a specified range. The microcontroller used in this study is an STM32F103C8T6 board, which is programmed using C language in the Arduino IDE.The system consists of a thermistor sensor, which is used to measure the water temperature, a relay module to control the heating element, and an LCD screen to display the temperature setpoint and the actual temperature of the water. The system also includes a push button to set the desired temperature and a potentiometer to adjust the hysteresis of the control algorithm.The temperature control algorithm used in this system is the Proportional Integral Derivative (PID) algorithm. The PID algorithm is used to calculate the amount of power requiredto maintain the desired temperature of the water. The algorithm is designed to adjust the power supplied to the heating element based on the error value between the setpoint and the actual temperature of the water.The results of the study indicate that the designed system is capable of maintaining the desired temperature of the water within a reasonable range. However, the system could be further improved by implementing a more accuratetemperature sensor and using a more advanced control algorithm.Keywords: Temperature control, Microcontroller,STM32F103C8T6 board, Arduino IDE, Thermistor sensor, Relay module, LCD screen, Push button, Potentiometer, Proportional Integral Derivative (PID) algorithm.IntroductionTemperature control is an important aspect in many industrial and residential applications, particularly in situations where maintaining a specific temperature iscritical for the performance of a process. Water temperature control is one such application, whereby the temperature of water in a tank needs to be maintained within a specific temperature range for various purposes, such as for fish tanks, hot water boilers, and process applications.The aim of this study is to design a water temperature control system using a microcontroller. The system will be designed to sense the water temperature and control a heating element to maintain the temperature within a specified range. The microcontroller used in this study is an STM32F103C8T6 board, which is programmed using C language in the Arduino IDE.Materials and MethodsThe system consists of a thermistor sensor, which is used to measure the water temperature, a relay module to control the heating element, and an LCD screen to display the temperature setpoint and the actual temperature of the water. The system also includes a push button to set the desired temperature and a potentiometer to adjust the hysteresis of the control algorithm.The thermistor sensor is a type of resistor whoseresistance is dependent on the temperature of the environment it is placed in. The thermistor used in this study is a10Kohm thermistor. The relay module is used to turn the heating element on and off. The heating element used in this study is a 220V 300W immersion heater.The microcontroller used in this study is anSTM32F103C8T6 board, which is a 32-bit ARM Cortex-M3 core-based microcontroller. The board has 64KB of flash memory,20KB of SRAM, and 3 timers. The board is programmed using the C language in the Arduino IDE.The temperature control algorithm used in this system is the Proportional Integral Derivative (PID) algorithm. The PID algorithm is a control loop feedback mechanism thatcalculates the amount of power required to maintain the desired temperature of the water. The algorithm is designedto adjust the power supplied to the heating element based on the error value between the setpoint and the actual temperature of the water.ResultsThe system was tested by measuring the temperature of the water in the tank and comparing it to the desired temperature setpoint. The results showed that the system was able to maintain the temperature of the water within a reasonable range of the setpoint temperature.The LCD screen displayed the setpoint temperature and the actual temperature of the water. The push button was used to set the desired temperature of the water, and the potentiometer was used to adjust the hysteresis of thecontrol algorithm.The PID algorithm was able to adjust the power supplied to the heating element based on the error value between thesetpoint and the actual temperature of the water. The algorithm was able to maintain the temperature of the water within a narrow range of the setpoint temperature.ConclusionIn conclusion, the designed temperature control system was able to sense the temperature of water in a tank and control the heating element to maintain the temperature within a specified range. The system was designed using a microcontroller (STM32F103C8T6 board), which was programmed using C language in the Arduino IDE. The system consisted of a thermistor sensor, a relay module, an LCD screen, a push button, and a potentiometer. The PID algorithm was used to control the power supplied to the heating element and maintain the desired temperature of the water.Further improvements could be made to the system by implementing a more accurate temperature sensor and using a more advanced control algorithm. However, the current system provides a good foundation for the development of more advanced temperature control systems in the future.。

基于STM32F103的小型半导体制冷系统的设计摘要：本文通过对半导体制冷技术的制冷原理进行分析，以STM32F103为控制芯片，采用PID闭环控制策略，设计了一套小型半导体制冷装置，系统实验表明，通过对半导体通入电流进行PID闭环控制，实现了温控系统的高精度温度控制。

关键词：半导体制冷、恒温控制、PID闭环、STM32F103，1. 引言半导体制冷也称热电制冷、温差电制冷，其基本原理是利用珀尔帖效应，即利用特种半导体材料构成P-N 结，形成热电偶对，当通过直流电流时，热电偶对的一端就会吸收热量（称为冷端），而另一端则放出热量（称为热端）。

如果在冷热端安装散热装置，热端就能够将热量输出，从而可以将空间热量转移，达到制冷的目的。

半导体制冷的制冷温度和半导体制冷片的工作电压和工作电流有关，同时也与半导体冷热端的散热效果有关，本研究所设计的基于STM32F103的半导体制冷系统，是通过对输入半导体的电流进行调节温度变化的，实现了的小型系统进行了制冷控制。

2.硬件控制平台设计基于STM32F103的半导体制冷恒温控制系统总体框图如图1所示，主要由STM32为核心的控制系统，采样电路，AC/DC控制单元，制冷部分。

半导体制冷部分采用C1206型平面制冷芯片，最大工作电流可达到6A，最大功率达到72W。

控制系统采用STM32F103，该控制芯片自带AD转换功能和PWM 控制单元，通过采集的温度和电流信号，经过STM32F103内部的计算，可以直接通过输出的PWM通过驱动电路控制功率变换电路，操作方便。

采样电路包括AC/DC输出电流采样和温控对象的温度采样。

为了能够使温控对象的温度控制更为精确，需要对恒温箱内部的温度进行高精度的测量与数据采集，设计的控制系统温度采集采用的是分布式温度采集的方式，通过在温控对象内部不同的位置部署多个温度采集点，并将各采集点采集到的温度数据进行汇总，经过数据融合与处理之后，形成温控对象内部的最终测量温度。

stm32f103的恒温室控制系统设计
STM32F103恒温室控制系统的设计是基于STM32F103的ARM处理器，旨在实现对环境温度的恒温控制。

整个控制系
统包括软件程序、硬件电路及相关传感器。

由于STM32F103是一种性能优异的微控制器，因此具有良好
的外部性能，主要应用于电子产品的恒温控制。

首先，要设计出用于恒温控制的电路。

在这里，我们使用了PID控制电路，其中包括温度传感器、I/O接口和电源电路等，确保系统的稳
定性。

接着，我们编写了围绕STM32F103的控制程序，该程
序实现了通过温度传感器读取当前温度，并根据温度差调整加热装置，以保证恒温室内部温度恒定不变。

此外，我们还编写了围绕STM32F103的用户界面，用于方便
用户查看当前温度，设置所需的温度值并监控温度的变化。

同时，系统也支持将数据存储在SD卡上，以便可以随时查看和
分析温度变化的历史记录。

总而言之，我们设计的STM32F103恒温室控制系统具有以下
特点：1）恒温控制精度高；2）低功耗，提高系统的可靠性；3）数据存储，方便查看和分析数据；4）人性化的用户界面，方便用户操作。

同时，这一控制系统还可以用于其他用途，如净化室，仪器仪表等温度控制领域。

摘要当前快速成形（RP）技术领域，基于喷射技术的“新一代RP技术”已经取代基于激光技术的“传统的RP技术”成为了主流；快速制造的概念已经提出并得到了广泛地使用。

熔融沉积成型（FDM）就是当前使用最广泛的一种基于喷射技术的RP技术。

本文主要对FDM温度控制系统进行了深入的分析和研究。

温度测控在食品卫生、医疗化工等工业领域具有广泛的应用。

随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，为智能温度测控系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。

本系统采用的STM32F103C8T6单片机是一高性能的32位机，具有丰富的硬件资源和非常强的抗干扰能力，特别适合构成智能测控仪表和工业测控系统。

本系统对STM32F103C8T6单片机硬件资源进行了开发，采用K型热敏电阻实现对温度信号的检测，充分利用单片机的硬件资源，以非常小的硬件投入，实现了对温度信号的精确检测与控制。

文中首先阐述了温度控制的必要性，温度是工业对象中的主要被控参数之一，在冶金、化工、机械、食品等各类工业中，广泛使用各种加热炉、烘箱、恒温箱等，它们均需对温度进行控制，成型室及喷头温度对成型件精度都有很大影响。

然后详细讲解了所设计的可控硅调功温度控制系统，系统采用STM32F103C8T6单片机作微控制器构建数字温度控制器，调节双向可控硅的导通角，控制电压波形，实现负载两端有效电压可变，以控制加热棒的加热功率，使温度保持在设定值。

系统主要包括：数据的采集，处理，输出，系统和上位机的通讯，人机交互部分。

该系统成本低，精度高，实现方便。

1该系统加热器温度控制采用模糊PID控制。

模糊PID控制的采用能够在控制过程中根据预先设定好的控制规律不停地自动调整控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过渡。

关键词：熔融沉积成型（FDM）；STM32；温度控制；TCA785AbstractIn the present field of Rapid Prototyping,the "New RP Technology" based on jetting technology is replacing the "Conventional RP Technology" based on laser technology as the mainstream of the Rapid Prototyping Technology.Fused Deposition Modeling(FDM) is the most popular Rapid Prototyping technology based on jetting technology.This paper mainly does research deeply on the temperature control system of FDM system.Temperature controlling is widely to food,sanitation,medical treatment,chemistry and industry.Along with the development of sensor technology,micro-electronicstechnology and singlechip technolog,brainpower temperature controlling system is perfected,precision of measurement and controlling is enhanced and the ability of anti-jamming is swelled.Singlechip STM32F103C8T6 in this paper is a this paper.The tool of temperature test is thermocouple of K style.This system realizes precise measurement and controlling of temperature signal with a little controlparameter in industrial object.Various calefaction stoves,ovens and constant temperature boxes which all need control temperature are widely used in many industry such as metallurgy,chemistry,mechanism and foodstuff.Moulding room and spout temperatureawfully affect the precision of moulding pieces.Then the temperature control systemusing controllable silicon is explain in detail.This system adopts singlechip STM32F103C8T6 which acts as microcontroller.It can regulate the angle of double-direction controllable silicon and control voltage wave shape.So the virtual voltage of load can be changed and the calefaction power of calefaction stick can be controlled.Therefore the temperature canretain the enactment value.This system mainly consists of collection of data,disposal,output,communication of system and computer and communication of and machine.This system andconvenience realization.This system adopts blury PID control.The adoption of blury PID control canceaselessly autoregulates basing initialized controlrule,thus the controlled system willmove to the initialized balance state.Key words:Fused Deposition Modeling, STM32, temperature control, TCA785毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

基于STM32单片机并网储能电池恒温控制系统设计近年来，新能源发电广泛并网，储能技术对于提高其电能质量与可靠性具有重要意义，进而成为电力系统的研究热点之一。

蓄电池组作为储能系统的主要设备，其寿命，容量和安全性均与温度紧密相关。

本文采用STM32单片机对并网蓄电池组的温度进行自动控制：温度采集，设定值设定，越值报警，制冷风扇与红外加热仪的控制。

用户通过人机交互界面DWIN-LCD工业串口屏界面设定阈值数值，预调整温度等数值，所有数据自动上传至上位机，通讯速率达到9600bps，系统可及时动作。

标签：储能；STM32单片机；人机交互界面；温度控制0 引言电池储能系统在电力系统中广泛应用，因其快速的对接入点的有功功率和无功功率进行调节，可用来提高电力系统的运行稳定性、提高供电质量，当其容量足够大时，甚至可以发挥电力调峰的作用[1]。

近些来，新能源并入电网，储能技术平抑波形，提高电能可靠性与参与二次调频的优势已经初步体现。

作为储能最核心的蓄电池组的作用更是不可忽视，其最佳工作温度为15℃至25℃，温度下降时，电池反应速率降低，输出功率也会下降；温度上升时，虽然输出功率会上升，但若温度过高，则会破坏电池内部化学平衡，导致材料的性能会退化和循环寿命缩短[2-3]。

但是我国北方冬天远低于15℃，南方夏天远高于25℃因此恒温控制系统对于维持蓄电池的使用寿命和输出功率至关重要。

1 硬件系统设计1.1 硬件需求列表蓄电池金属箱体1个；PLC模块1块；温度传感器1个；数码管2个；红外加热仪2个（1、2加热档各一个）；制冷风机2个（1、2加热档各一个）；蜂鸣器1个。

1.2 硬件结合方式硬件主体为蓄电池金属箱体。

在箱体内部将蓄电池架空安置，与红外加热仪及风机保持一定距离。

在箱体底部内测安装红外加热仪。

在箱体顶部外侧安装制冷风扇，采用分离装置，将风扇的叶片对准分离装置，以便冷风流通。

本设计的重点为当制冷风扇产生火花时，分离装置避免了蓄电池的明火引燃。

0 引言温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个普遍应用的参数。

因此，温度控制是提高生产效率和产品质量的重要保证。

温度控制的发展引入单片机后，可以降低对某些硬件电路的要求，实现对温度的精确控制。

本文设计的温度控制系统主要目标是实现温度的设定值显示、实际值实时测量及显示，通过单片机连接的温度调节装置由软件与硬件电路配合来实现温度实时控制；显示可由软件控制在LCD1602中实现；比较采集温度与设定阈值的大小，然后进行循环控制调控，做出降温或升温处理；同时也可根据判断发出警报，用以提高系统的安全性[1-5]。

图1 系统总体框图 1 系统总体设计本设计以STM32F103RTC6单片机为核心对温度进行控制，使被控对象的温度应稳定在指定数值上，允许有1℃的误差，按键输入设定温度值，LCD1602显示实际温度值和设定温度值。

2 系统硬件设计图2 系统硬件电路图display , PTC heater and semiconductor cooler, and realizes the temperature control on the hardware equipment of the self-made analog small constant temperature box� Experimental results show that the design has the advantages of convenient operation, accurate temperature control and intelligence�Keywords: Temperature control ; STM32;Intelligent基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目（B2018448）。

之间有一个点距的间隔，两行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

由于LCD1602所需电压为5V，因此它与3.3V 的单片机连接需要将STM32设置为开漏输出，且连接5V 的上拉电阻提高电平。

中国矿业大学计算机学院2013 级本科生课程报告报告时间 2016.09.20学生姓名学号专业电子信息科学与技术任课教师任课教师评语任课教师评语（①对课程基础理论的掌握；②对课程知识应用能力的评价；③对课程报告相关实验、作品、软件等成果的评价；④课程学习态度和上课纪律；⑤课程成果和报告工作量；⑥总体评价和成绩；⑦存在问题等）：成绩：任课教师签字：年月日摘要针对目前温度控制在生产生活中被广泛应用，而传统的温度控制系统是由功能繁杂的大量分离器件构成，为了节约成本、提高系统的可靠性，本文设计了一种基于STM32F103T6的温度控制系统。

本设计是基于DS18B20的温度控制系统，以STM32F103ZET6为控制系统核心，通过嵌入式系统设计实现对温度的显示和控制功能。

在该系统中，为了减小干扰的影响，用均值滤波算法对采样数据进行处理之后再进行温度判定等一系列操作的依据。

设计中，基本上实现了该系统的功能，通过DS18B20采集温度数据，使用LCD屏幕来显示相关的信息，能够通过加热和降温将温度控制在恒定的范围内，并可以手动设置恒温范围，温度超出限制后会有声光报警。

关键词：STM32F103，均值滤波，恒温控制，DS18B20目录1 绪论 (1)1.1选题的背景及意义 (1)1.2设计思想 (1)1.3实现的功能 (2)2 硬件设计 (2)2.1硬件平台 (2)2.2硬件设计模块图 (3)2.3温度传感器DS18B20 (3)2.4 LCD屏幕 (6)2.5 DC 5V散热风扇 (8)2.6加热片 (8)3 软件设计 (9)3.1软件平台 (9)3.2软件设计模块图 (9)3.3主程序流程图 (10)3.4子程序流程图 (11)3.4.1 恒温控制子程序流程图 (11)3.4.2 flag标志设置子程序流程图 (12)3.4.3温度设置子程序流程图 (13)3.4.4温度读取函数流程图 (14)3.4.5均值滤波程序流程图 (15)3.4.6显示函数程序流程图 (16)4 调试分析 (16)4.1硬件调试 (16)4.2软件测试 (17)4.3功能实现分析 (17)5 实验总结 (17)参考文献 (19)1 绪论1.1选题的背景及意义21世纪是科学技术高速发展的信息时代，电子技术、嵌入式技术的应用已经是非常广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，在生产生活中需要对各种参数进行温度测量。

第33卷第6期白城师范学院学报Vol.33,No.6 2019年6月Journal o£Baicheng Normal University Jun.,2019基于STM32的恒温杯控制系统设计李瑜庆-冯奇$（1.蚌埠学院电子与电气工程学院，安徽蚌埠233030,2.无锡航征科技有限公司，江苏无锡214000）摘要:设计了一种基于半导体制冷及PTC陶瓷加热技术的恒温杯控制系统，实现水杯的制冷、加热、恒温等功能•设计电路采用STM32F103系列单片机为控制器，通过防水型DS18B20数字温度传感器对水温进行数据采集，采用PID算法合理精准控制水温；系统采用按键方式进行温度设定，采用OLED进行数据显示，利用报警电路实现温度提醒.经实验验证，半导体制冷时，水温可达到10七以下;PTC加热时，水温达到90T以上.关键词：单片机;半导体制冷;水温控制；PID算法中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号：1673-3118（2019）06-0015-06饮水健康一直以来都是人们关注的问题，水温过高容易损伤口腔黏膜、食道以及胃肠粘膜，容易引发食道癌症•水温过低容易损伤肠胃，使身体过寒•水温在40£对人体最为适宜•实现水温的精准控制不仅有益于我们的健康,还可以大大的提升生产效率，节约资源，提高生活品质⑴•饮用水水杯水温控制也应运而生•前人对水杯温度控制已经做了一定的研究，如水杯加热采用PTC发热片，可以使水温达到90T 以上;使用半导体制冷片制冷•但半导体热面无散热装置,制冷效率不高[2]•侯卫周等研究的温控智能水杯具有测温、加热调温功能,但不具有制冷功能⑶•本文设计一种利用PTC加热⑷，半导体制冷技术『6]并结合PID算法实现水温控制的恒温杯设计.通过按键设置温度，可满足不同场合、不同人群使用.1系统硬件设计1.1硬件结构设计本设计采用STM32F103系列单片机及PID闭环算法实现恒温杯温度控制.硬件设备主要有以下模块:MCU核心控制模块、电源电路、温度检测模块、驱动电路模块、按键模块、显示模块、报警模块、半导体制冷和PTC加热模块.图1为恒温杯控制系统框图.整个恒温杯的闭环控制系统的核心是PID算法.首先通过防水型DS18B20数字温度传感器采集温度数据，然后将采集到的温度数据写入FLASH中方便数据保存与擦写，防止断电丢失数据.将温度数据值转换成对应的温度值，由MCU控制将温度值传输给OLED显示屏进行实时温度显示.通过按键进行温度设定，将设定的温度值传送给MCU,利用PID温度算法，判断设定温度与测量温度的关系，如果设定温度大于实际测量的温度，则进行加热升温•如果设定温度小于测量温度,则控制驱动电路的电流流向，进行半导体制冷•然后使测量值逐渐接近设定值，并保持稳定，从而实现温度调节，达到恒温效果•当水温通过调节达到设置温度后,系统启动保温模式,此时声光提示电路工作提醒用户完成调温.1.2核心控制电路核心控制电路主要由STM32F103C8T6处理器构成，还包括晶振、系统硬件上电复位电路等, STM32F103C8T6是32位ARM微控制器，其低成本、低功耗、高性能的优良特性使其在嵌入式方面应用广收稿日期：2019-04-02作者简介：李瑜庆（1985—）,男，讲师，硕士，研究方向：测控技术，信息处理；冯奇（1996—）,男，助理工程师，研究方向：嵌入式系统.基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（201611305030）.白城师范学院学报第33卷第6期泛•图2为核心控制电路原理图.「减萩I 显:墜块报警模块按键模块｝*半导体制I冷设备I PTC 加氨设］备 I图1恒温杯控制系统框图:紅近护:沁*$ Wi* T 轴磴噺:::蛙,"滋咿贮搠£痢4：3 :爲第：败典負%：2:W * z j KXM'S.W'/S僧沁 W I i?'<•>'« I 2*4 4、科卷 聘*珈"F 耦翻f 翔*:浚::繚％縱:铀.用;綜逊‘鶯刪|沁：曾1、、啊：r'HW i % V\it *碍沖「綢巒縱嫁.騒娥..先撤零簌:M .旷£紛■说細』.£注紅:摊畸蕭嬲瘫汀痛矽:说蹿姒y 籃拓瓚爲竹曲純將T^T琴蠻.邂*…曾『: 卑邂" 7费E" V 迸"" 'WV? WsT '磺巻:•-" \、4 t 伍\ \ i ii' Igl “％"州..&&■鄴曲癞气::昭掛斛汀:.囊號瓚踽$・貳锹?; W 絵*再筋蔽沁菇緞直觀於孑輕W ：*轴■TWi,图2核心控制电路原理图1.3 电源电路本系统采用220 V 电源供电，加热、制冷设备供电电压为12 V,各芯片供电电压为3. 3 V.因此，需要 将12 V 电压转换成3. 3 V 电压.电源电路如图3所示.采用MIC5219芯片作为电压转换核心芯片. MIC5219是一款性能优良的电压调节器•输出电压精度优于1% .完全满足本设计的需求.1.4 调温驱动电路本设计的主控芯片采用3.3 V 电压,加热与制冷设备所需电压为12 V,为了防止高电压对主控芯片 造成不可逆的损坏，必须采用隔离驱动电路•温控驱动电路由隔离芯片和MOSFET 器件搭建而成，器件型 号分别为HCPL -2630和IRLR7843,调温驱动电路如图4所示.基于STM32的恒温杯控制系统设计1.5显示电路显示电路采用的是OLED显示器.OLED显示器的原理是基于有机材料的发光特性，制作工艺上是由超薄的有机材料的涂层和二氧化硅基板构成.OLED每个像素都是被一个电路独立驱动的,具有内置的电子电路系统，使用也较为方便•由于OLED显示器采用的是自发光技术，不需要任何背光源，功耗低•所以本设计采用OLED显示器.OLED电路如图5所示.图3电源电路1.6DS18B20测温电路DS18B20为单线数字温度传感器，因此，可节约I/O资源，减少A/D转换电路设计，并且具备体积更小、经济、灵活等特点•测量温度范围为-55£~+125©在-10£~+85T范围内，精度为0.5完全能够满足本设计需要•并支持“一线总线”接口，提高了系统的抗干扰能力•封装好的DS18B20电路共有VCC'GND、数据线三根线.使用时数据线上需要加上拉电阻.测温电路如图6所示.1.7声光提示电路当水温达到设定值，为了进行提醒预警，设置了声光报警模块，电路如图7所示•10端口与PNP三极管的基极b相连,三极管发射极e接3.3V电源,集电极c与蜂鸣器和LED灯的一端相连.当温度达到目标值,声光提示电路进行声光提示.2系统软件设计系统主程序逻辑框图如图8所示.首先初始化外设模块，将DS18B20采集的温度数据通过OLED显示;然后进行温度判断;通过PID算法输出判断结果，启动加热或者制冷设备;最后温度恒定于设定值.水温调节采用PID闭环控制算法,DS18B20检测到的水温作为反馈信号，通过STM32单片机计算，控白城师范学院学报第33卷第6期图5OLED电路GNOVC't；OSLSB20图6DS18B20测温电路图7声光提示电路制PWM信号，进而控制MOSFET的通断，控制TEC1-12715或PTC陶瓷加热片工作，实现制冷或加热，完成水温调节.图9为水温调节控制原理框图.水温调节分为两阶段：当目标水温与实际水温差值较大，为了加快水温的调节，单片机控制输出100%占空比的PWM,使PTC陶瓷加热片或TEC1-12715额定功率工作；当目标水温与实际测量水温差值较小时，进入PID调节阶段，根据偏差值进行PWM调节，逐步减少目标水温与实际测量水温差值.本设计中当实际温度与目标温度差值为±2£时，启动PID调节.PID算法原理为：u(t)=K』eQ)+*[e(t)dt+丁,驾严]+%=K p e(t)+^e(t)dt+K p T d+u0.(1)式中:“(t)为PID算法时间输出函数,输出为控制调温电路的工作时间;K”为比例放大系数;©=基于STM32的恒温杯控制系统设计K/T,为积分时间;心=K p T d为微分时间;％为PID控制初始值.公式(1)适用于模拟控制系统.由于本设计所采用的主控芯片处理的信号为数字信号，温度值采集的也为离散的数字信号，所以要对公式进行离散化处理，转换为离散的差分算式•假设采样时间间隔为T,则在％时刻:偏差为e[k~\ ;积分转化为e[k~\+e\_k-1~\+e[k-2]+••-+e[0];微分转换为(e[b]+e[k-1])/T.离散化后的PID算法为：“囚=冷[离e[勿+K/M]蔦m+%.(2)Fl=O1依据(2)式可得："融_叮[勿+K/"_1]+%(3)n=0'则u\_k~\=u[k~\-u[k-1~\=K p(e[k]-e[—l])+&e仏]+爭(e[%]-2e[—1]+e[—2]).(4)上式就是增量形式的PID,此时增量只与最近三次的偏差值有关.增量式PID控制算法程序设计为：u\_k~\=k1e\_k~\+k2e[k-1~\+k3e[k-2].(5)初始化时，首先置入调节参数局、他、爲和设定值并设置误差初值e[订二0门-1]=e[i-2]=0.则u[k]表示为：u\_k~\=u[k-1~\=k1e\_k~\+k2e[k-1~\+k3e[k-2~\.(6)设.定温鍍僵CTs)图8主程序逻辑框图图9水温调节控制原理框图3理论计算与实验分析由PTC的制热效果远优于半导体制冷片的制冷效果，下面以半导体的制冷效果进行计算和分析.本系统在制冷方面采用两片TEC1-12715半导体制冷片海片PN结元件127对;最大温差62T以上;工作电流：Imax=11.8A；额定电氐DC12V；制冷功率：142W.即半导体制冷片每秒钟输出能量142J.白城师范学院学报第33卷第6期水杯容量以500mL计算.根据比热容计算公式:Q=cmT(c比热容;m质量;T温度的变化绝对差值)•水的比热是4.2X1O3J-(kg-T)-1,因此500mL的水升高(或降低)1七，吸收(或放出)的热量是2.1x103J.假设90T的水降到适合饮用温度40£，需要放出1.05x J,采用两片TEC1-12715需要时间t= 1.05x105/284=340s.理论上在不足10分钟的情况下，便可以达到预定目标值.经实验验证,实际的恒温杯降温需15分钟左右才能达到预期的效果,这是由于随着水温降低,散热片的温度会上升,开始工作时有急剧上升趋势，使散热片的温度上升趋势减慢,并最终趋于稳定,这样制冷就会出现效果越来越差的现象,延长制冷时间.由于制热效果比制冷效果好,相比于制冷,则升温速度将更快更稳定.4结语经过理论计算及实验分析，发现PTC加热效果远优于帕尔贴的制冷效果,500mL水水温从90T降到40七需要15分钟左右;而从40T制热到90T的时间不足15分钟.采用PID的控制算法,能实现水温较为平稳精确地控制，并且具有较好的恒温效果，完全能够满足人们日常饮水需求•在制冷过程中会排放一定的废热，需要保持良好的通风环境，工作环境温度过高会影响制冷效果.参考文献：[1]潘珍珍，殂志坚，郑旭.水温自动控制索统设计[J].工业控制计算机,2017,30(7)：158-159.[2]侯卫周，顾玉宗.一款单片机索统控制的温控智能水杯设计[J].实验室研究与探索,2017,36(3)：70-74.[3]夏萍，颜丽华,褚护生，等.基于FLUENT«PTC加热器工艺参数优化及其数值模拟[J].应用科技,2017,44(3)：61-66.[4]徐德胜.半导体制冷与应用技术[M].上海:上海交通大学出版社,1999.[5]卢菌涵，刘志奇,徐昌贵，等.半导体制冷技术及应用[J].机械工程与自动化,2013(4)=219-221.[6]李震，洪添胜.基于AVR单片机和PID算法的水温控制器[J].国外电子测量技术,2006,25(6)：47-50,[7]王姝歆，张辉，陈国平，等.基于比例一模糊积分控制算法的智能温控器优化与仿真[J].中国机械工程,2017,28(1):57-61.Design of A Hermostatic CupControl System Based on STM32LI Yu-qing,FENG Qi(School of Electronic and Electrical Engineering,Bengbu University, Bengbu233030；Wuxi Hangzheng Technology Co.Ltd,Wuxi214000,China)Abstract:A thermostatic cup control system based on semiconductor refrigeration and PTC ceramic heating technology was designed to realize the functions of cooling,heating and constant temperature of water cups.The designed circuit uses STM32F103series microcontroller as the controller,through the waterproof digital tempera­ture sensor DS18B20collecting water temperature data,using PID algorithm to control the water temperature rea­sonably and accurately adopting the key mode to set the temperature,using OLED to display the data and using the alarm circuit to realize the temperature reminding.It is experimentally tested that the water temperature can reach below10degrees centigrade when refrigerating,and the water temperature will reach above90degrees centigrade when heated・Key Words:MCU；semiconductor refrigeration；water temperature control；PID algorithm责任编辑：乌卩伟三。

基于单片机的智能恒温箱设计摘要：恒温箱广泛应用于实验室等领域，为了使其更加高效、智能，本文设计了一种基于单片机的智能恒温箱。

该恒温箱采用STM32F103为核心控制器，实现了温度控制、温度显示、报警等功能。

通过PID算法，使得恒温箱温度控制更加精准和稳定。

设计还考虑到了安全和便捷性等因素，使得该智能恒温箱可在实验室等多个场景中得到广泛应用。

关键词：单片机；智能恒温箱；STM32F103；PID算法1.引言恒温箱是实验室等领域中广泛应用的设备之一，具有恒温、恒湿、恒流等特点，是进行实验、储存物品等必备的设备。

在日常的研究工作中，常常需要不同温度下对物品进行储存、干燥等处理，而温度的稳定性是影响实验结果的重要因素之一。

因此，设计一种智能的、精准稳定的恒温箱对于提高实验效率和准确性具有重要意义。

2.硬件设计本设计采用STM32F103作为核心控制器，其具有良好的扩展性和稳定性。

STM32F103通过外围电路获取传感器的温度数据，实现对温度的控制。

具体硬件设计如下：（1）外围电路温度传感器采用DS18B20，该传感器具有较高的测量精度和稳定性。

传感器输出信号通过单总线接口与STM32F103通信，便于数据传输和电路设计。

（2）输入输出接口本设计需要实现恒温箱的温度控制、温度显示、报警等功能。

控制接口包括PWM输出、IO输出等，显示接口采用数码管显示等方式，报警接口则采用蜂鸣器等方式。

3.软件设计本设计采用Keil C51开发环境和STM32F103作为硬件平台进行软件设计。

软件设计主要包括以下几个方面：（1）时钟设置在STM32F103中，内部时钟源可以选择使用内部RC振荡器或外部时钟源。

为了保证精度和稳定性，本设计采用了外部晶振作为时钟源，并对时钟频率进行设置，以满足系统要求。

（2）温度采集与控制软件通过DS18B20获取温度数据，并通过PID算法进行控制。

PID算法可以有效地提高恒温箱的控制精度和稳定性，从而保证实验结果的准确性。

基于STM32单片机的恒温防雾系统设计摘要：本系统以ARMCorex-M4为核心的STM32F407ZGT6作为微控制器，配合半导体温控芯片TEC，对蓝宝石透镜进行恒温控制。

其中，K型热电偶与温度获取电路构成了温度反馈，而ADT75主要对透镜周围的温度进行监控。

该系统的主要特色是利用模糊控制算法对PWM信号进行实时调节，使周围的温度迅速达到稳定。

在设备中我们增加了过热、过电流等保护，以保证系统的安全性和稳定性。

当温控回路电流、蓝宝石玻璃等任意一项指标超过规定值时，PWM控制电路会在瞬间关闭，可有效地满足许多应用领域对安全性和可靠性的要求。

这种设计能够实现对蓝宝石镜头的精确温度控制，具有快速响应、高精度和安全可靠等优点。

关键词：恒温控制；响应速度快；精度高；模糊控制.Constant Temperature Control System for Anti-fog Based on STM32Wang Dazhi, Chen SiyuanAbstract: We used the STM32F407ZGT6 microcontroller with an ARM Corex-M4 core to work with the semiconductor heating and cooling chip TEC to achieve constant temperature control of the sapphire lens. The temperature feedback was provided by a K-type thermocouple and temperature acquisition circuit, while the temperature chip ADT75 was responsible for monitoring the ambient temperature around the lens. The design features a fuzzy control algorithm that can adjust the PWM signal in real-time, enabling rapid achievement and stabilization of the ambient temperature.To ensure the safety and stability of the system, we added over-temperature protection and over-current protection. If either the temperature control loop current or the sapphire glass temperature exceeds its limit, the PWM power supply will automatically shut off, effectively meeting the safety andcompliance requirements of many application scenarios. This design achieves precise temperature control of the sapphire lens with quick response, high precision, and safety and reliability.Key words: Constant Temperature Control; Quick Response; High Precision; Fuzzy Control引言随着可视化技术在众多领域的广泛应用，高清晰度摄像机的设计已越来越受到人们的重视。