基于PID的STM32恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

成績評定序號成績評審項(xiàng)目指標(biāo)評分1學(xué)習(xí)態(tài)度遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)認(rèn)真；作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)肯干；善于與他人合作。202設(shè)計(jì)作品所設(shè)計(jì)作品能夠運(yùn)行，功能完整，設(shè)計(jì)指標(biāo)符合要求，作品能體現(xiàn)學(xué)生對所學(xué)單片機(jī)知識的綜合運(yùn)用，有一定的創(chuàng)新。403設(shè)計(jì)報告系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案科學(xué)、合理；數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理方法正確。10系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)正確，分析合理，且與描述相一致，程序可靠運(yùn)行，結(jié)論正確。20設(shè)計(jì)報告文本質(zhì)量符合要求，格式規(guī)范，文理通順。10成績歐陽陽理創(chuàng)編 歐陽陽理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽陽理創(chuàng)編 歐陽陽理創(chuàng)編 2021.03.04基于PID的STM32恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要研究基于STM32單片機(jī)和溫濕度傳感器的恒溫智能控制系統(tǒng)。溫度具有時變性、非線性和多變量耦合的特點(diǎn)。在溫度控制過程中，溫度的檢測往往滯后于溫度的調(diào)控，從而會引起溫度控制系統(tǒng)的溫度出現(xiàn)超調(diào)、溫度振蕩的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)中提出了基于增量式PID算法控制溫度的模型，系統(tǒng)采用低功耗的STM32作為主控芯片、DHT11數(shù)字式溫度傳感器和半導(dǎo)體溫度調(diào)節(jié)器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效地維持系統(tǒng)地恒溫狀態(tài)。通過將數(shù)字PID算法和STM32單片機(jī)結(jié)合使用，整個控制系統(tǒng)的溫度控制精度也提高了，不僅僅滿足了對溫度控制的要求，而且還可以應(yīng)用到對其他變量的控制過程中。所以，在該溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，運(yùn)用單片機(jī)STM32進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算能充分發(fā)揮軟件系統(tǒng)的靈活性，具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：STM32,PID算法，恒溫控制，DHT111緒論溫度控制系統(tǒng)具有滯后性，時變性和非線性的特點(diǎn)。無法建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，因此使用常規(guī)的線性控制理論無法達(dá)到滿意的控制效果。在嵌入式溫度控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵是溫度的測量、溫度的控制和溫度的保持，溫度是工業(yè)控制對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，嵌入式要對溫度的測量則是對溫度進(jìn)行有效及準(zhǔn)確的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得廣泛的應(yīng)用，尤其在機(jī)械制造、電力工程化工生產(chǎn)、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測量任務(wù)。在日常工作和生活中，也被廣泛應(yīng)用于空調(diào)器、電加熱器等各種室溫測量及工業(yè)設(shè)備的溫度測量。但溫度是一個模擬量，需要采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，才生使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。設(shè)計(jì)方案為了對于交流負(fù)載做到溫度精確,升溫采用控制雙向可控硅導(dǎo)通角度進(jìn)行升溫控制。降溫采用PWM電壓控制，因?yàn)楫?dāng)前降溫采用制冷片，風(fēng)扇等降溫手段，采用直流電壓供電方式，選用PWM控制使降溫更加精確。溫度采集選用溫度傳感器DHT11,好處為可做到高精度，整體框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖3硬件設(shè)計(jì)DHT11溫度傳感器DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有余高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。DHT11電路圖如圖2所示。圖2HT11電路圖DHT11是通過單總線與微處理器通訊，只需要一根線，一次傳送40位數(shù)據(jù)，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bint溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)位校驗(yàn)算法：將濕度、溫度的整數(shù)小數(shù)累加，只保留低8位。微處理器(M0)與DHT11通信約定:主從結(jié)構(gòu)，DHT11為從機(jī)，M0作為主機(jī)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)，從機(jī)才能應(yīng)答。詳細(xì)流程：M0發(fā)送起始信號->DHT響應(yīng)信號->DHT通知M0準(zhǔn)備接受信號->DHT發(fā)送準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)->DHT結(jié)束信號->DHT內(nèi)部重測環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)等待下一次M0的起始信號。由流程可知，每一次M0獲取的數(shù)據(jù)總是DHT上一次采集的數(shù)據(jù)，要想得到實(shí)時的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次獲取即可，官方不建議連續(xù)多次讀取DHT，每次讀取的間隔時間大于5秒就足夠獲取到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，

上電時DHT需要1S的時間穩(wěn)定。LCD屏幕顯示TFT-LCD又叫做薄膜晶體管液晶顯示器，其管腳圖如圖3所示，其管腳在STM32F103中有相應(yīng)的管腳對應(yīng)。常用的液晶屏接口很多種，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模式兩種，今天呢，我們來講的是8080模式。如果大家接觸過LCD1602或者LCD12864等，那么就會發(fā)現(xiàn)8080模式的時序呢，其實(shí)跟LCD1602或者LCD12864的讀寫時序是差不多的。8080接口有5條基本的控制線和多條數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線的數(shù)量主要看液晶屏使用的是幾位模式，有8根、9根、16根、18根四種類型。+3Vy

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3—■§￡P(guān)11SCKtSPI1MOSJ行HM*白MUCHCSTOUCHPEX2仁DR卜兇仁jjraFWCDllF￡MCDI」FSMCDUFSMCDid101414IS202416RJSETF?斯[匚'FSMC.F5MUTTUFSMCNOEHXH.小fsmcm口]FSMCDO27293133303234匚7104+為 =GXD圖圖3LCD弓|腳圖3.3STM32單片機(jī)在STM32F105和STM32F107互連型系列微控制器之前，意法半導(dǎo)體已經(jīng)推出STM32基本型系列、增強(qiáng)型系列、USB基本型系列、互補(bǔ)型系歹列;新系列產(chǎn)品沿用增強(qiáng)型系列的72MHz處理頻率。內(nèi)存包括64KB到256KB閃存和20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三種封裝，不同的封裝保持引腳排列一致性，結(jié)合STM32平臺的設(shè)計(jì)理念，開發(fā)人員通過選擇產(chǎn)品可重新優(yōu)化功能、存儲器、性能和引腳數(shù)量，以最小的硬件變化來滿足個性化的應(yīng)用需求。內(nèi)核:ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。存儲器:片上集成32-512KB的Flash存儲器。6-64KB的SRAM存儲器。時鐘、復(fù)位和電源管理:2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動電壓。上電復(fù)位(POR)、掉電復(fù)位(PDR)和可編程的電壓探測器(PVD)。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHzRC振蕩電路。內(nèi)部40kHz的RC振蕩電路。用于CPU時鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。低功耗:3種低功耗模式:休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。調(diào)試模式:串行調(diào)試(SWD)和JTAG接口。DMA:12通道DMA控制器。支持的外設(shè):定時器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。3個12位的us級的A/D轉(zhuǎn)換器(16通道):A/D測量范圍:0-3.6V。雙采樣和保持能力。片上集成一個溫度傳感器。2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器:STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE獨(dú)有。最多高達(dá)112個的快速I/O端口:根據(jù)型號的不同，有26,37,51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個外部中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入。最多多達(dá)11個定時器:4個16位定時器，每個定時器有4個IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個16位的6通道高級控制定時器:最多6個通道可用于PWM輸出。2個看門狗定時器(獨(dú)立看門狗和窗口看門狗)。Systick定時器:24位倒計(jì)數(shù)器。2個16位基本定時器用于驅(qū)動DAC。最多多達(dá)13個通信接口:2個IIC接口(SMBus/PMBus)5個USART接口(ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調(diào)試控制)。3個SPI接口(18Mbit/s)，兩個和IIS復(fù)用。CAN接口(2.0B)。USB2.0全速接口。SDIO接口。ECOPACK封裝:STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封裝形式。4軟件設(shè)計(jì)4.1軟件流程圖寫出軟件流程圖，并附加文字說明。本次軟件的編寫是在keil5上進(jìn)行，界面如圖X，并在編寫后生成.Hex文件，然后用燒寫軟件FlyMcu(界面如圖X)將.Hex文件燒寫在開發(fā)版上，流程如圖X。國他所腔完iW.妄U0E3為我屈2二桂」4日于不日或2gpe]■?理卜匕「FileEoh城m FiekhDebugPeriphe^ilslaai%曰WndouvHelpri.jwalnaIj2_2_I*■t1產(chǎn)?==江而|宙… ”m字色?,序才擊，1心/-i門「"您11 國序號弓令,陶Projed RQ_]zL￡_]kdj：Jnain.c□上Project-龍 jd小LCD_WF_r*IJk('DirfJJi?日gTingel13￡SLaD_?_LJLIHSiir)FE占startup」一禽工———DC口hf；hEWiMZAJ：iGi^nup.GiiTiSznxhd.E3鈉國修括1bSCI二mTdMIM口HQ);自guserJTQDCD_KF_raii('3srtO)；QJITMI-LCJT1LCD_in?_raia(gMr)；勺cnrfl_cm3hJTEA3LCDKFPH^LONJllJ//OiitSleep_Jecrsi_cfflR>x.l,i3T1miSr號CGre.cmlnsIrh31SD2D_Sfi_RE&|Qx2BU/fdisfiiftj'on_Jdday.h3T&317]1Uk”、打曰白」…JledihJT9函毀芭：XT口ILLG_JfnischWQ形熱無3S1運(yùn)叵宣?無38a函教由處】LCD屏的初蛤北383|JHe到品卜38%VQldLd>Itdr￡td1c)|Jrtm92i1i\.adch*￡Tl：L)nm劃殺JAp.h3仃LCD_GPie_Cpn￡i.gnF13trn32f1ft_cnnF.h■3SLCDF5JKConElg1);_Jstm=!2i1&?_dnfti.h北9]xfcEMHlDtFimc.h39QLCDinit 73S1$ JHd3SE八開背光7QPr^jad:1.Bocit-;11FundlonG|/TinpUtiii|.圖Xkeil5軟件界面keil5編寫程序 FlyMcu燒寫軟件生成.Hex文件圖X燒寫流程圖AFlyVku翠口.1田一單片機(jī)耳信程有考-rmw.mcuisp.Eam原詵閭用Q；町Language-拄系三口町P。1bp=;115200MilI哪寸的程庠文件二E%.實(shí)訓(xùn)康一天悔程序的33工程皿5中在上即皿-Q手持75用褊理罟STMCSP空語STML卬LPCMNm曰際RS23￡開埠同程向rrrr_STM32F103開發(fā)版wiivw.mcui^m /丁田一口就福裝罐南^件信息促I 音昵片? 彝的H迦用鈣區(qū)：亙細(xì)直到FIR*寸寫這頂字節(jié)讀保護(hù)：驍現(xiàn)領(lǐng)際:設(shè)定這頂宇節(jié)等讀保護(hù)：驍現(xiàn)領(lǐng)際:設(shè)定這頂宇節(jié)等寫■勵?FF”用閂（！曲：?】f?[r”的雌平彘位QE裁平融MWoader圖X燒寫軟件本程序軟件功能是使用DHT11溫濕度檢測模塊檢測溫濕度，將檢測到的溫濕度送到STM32單片機(jī)，和單片機(jī)的攝入設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測溫度高于設(shè)定值時，風(fēng)扇開啟，同時可以用按鍵去查看LCD屏幕上的溫濕度值及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，程序結(jié)構(gòu)如圖X。風(fēng)扇開啟顯示溫度曲風(fēng)扇美閉風(fēng)扇開啟顯示溫度曲風(fēng)扇美閉圖X程序功能框架圖4.2軟件程序主程序如下：#include"main.h"#include"lcd.h"#include"key.h"#include"delay.h"#include"zi.h"externconstunsignedchargImage_111[153600];intmain(void){staticu8key;u8yd;Delay_Init();//嘀嗒時鐘延時初始化Led_Init();//LED燈初始化Beep_Init();//蜂鳴器初始化Key_Init();//按鍵初始化Uart_Init(115200);//串口初始化〃定時器3PWM模式1初始化-周期1ms,占空比50%TIM3_PWMConfig(1000,72,500);LCD_Init();//LCD初始化//定時器4初始化--定時時間為1秒TIM4_Config(10000,72);//LCD顯示Draw_Text_8_16_Str(50,50,WHITE,BLACK,"姓名 學(xué)號");Draw_Text_8_16_Str(50,70,WHITE,BLACK," 李 燕1501190009");Draw_Text_8_16_Str(50,90,WHITE,BLACK," 孟 舒1501190047");Draw_Text_8_16_Str(50,110,WHITE,BLACK,"王義1501190046");while(1){key=Get_Key_Val();if(key){yd=key;}switch(yd){TOC\o"1-5"\h\z:Paint_Bmp(0,0,240,320,gImage_111);break;:PID_Ctrl(DHT11_ShowTAndH());break;: drawpidline(0x1111);Draw_Text_8_16_Str(50,50,RED,BLACK,”溫濕度機(jī)轉(zhuǎn)速")；b