毕业论文外文翻译-基于STM32的恒温箱温度控制系统（含英文原文）.doc

中北大学2015届毕业设计说明书外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存基于STM32的恒温箱温度控制系统摘要：这篇文章介绍了一个基于STM32的恒温箱温度控制系统，首先，由基于常流源的高精度电桥获取温度，然后，由软件实现的扩充型PID算法在这里得到应用，使用巴特沃兹滤波器（最平坦滤波器）将STM32输出的PWM转换成电流信号来控制半导体整流器从而调节温度，校准检测和实际应用都表明这个系统可靠、精度高、可行性好，并且能够满足现实需要。 关键字：STM32；恒温箱；温度获取；PID。原稿编号：1674-8042-（2011）01-0064-03DIO:10.3964/j.issn.674-8042.2011.01.0161 引言 根据温度范围，恒温箱分为低温箱和高温箱两种，加热控制恒温箱是一种高温恒温箱，并且它在工业、医疗和科学领域有着广泛的应用，因为一些特殊恒温箱控制系统在温度测量及控制方面都要求很高的精度，所以这篇文章中所设计的系统能够测量1618的温度，并且它的精度高于0.05。ARM因其强大的功能和低成本的优点正逐渐占领微电子市场，也正因如此，设计一个基于ARM的高精、简单结构和低成本的温度控制系统便具有重要的实际意义和价值。2恒温箱控制的基本原理 在这个系统中，为获取恒温箱内部的温度，使用铂丝电阻作为温度传感器和基于常流源的桥式电路。然后，将实际温度与通过触摸屏设定的温度作比较。通过使用扩充型PID算法来调节STM32输出的16比特脉冲宽度调制信号，然后将PWM信号转换成电压信号来控制半导体控制整流器（SCR）的导通角，从而控制加热管，系统控制原理示于图1。图1 系统控制原理3硬件设计 这个系统包括温度获取桥式电路、STM32F103、彩色LCD触摸屏控制电路、滤波电路和SCRC（半导体控制整流器），另外，这个系统使用5.6英寸彩色LCD和触摸屏，有着优良的人机交互功能，并且能够实现实时监测和控制。温度控制系统结构示于图2。 图2 系统结构 3.1温度获取和模拟/数字转换 在所有的热敏电阻温度传感器中，铂丝电阻因其高精度、稳定性好、耐腐蚀以及易于使用的优点而成为理想的温度获取原件并在工业环境和控制系统中得到了广泛的应用。基于测温范围为1618，Pt1000的组织依确定关系随温度的变化而变化，并且精度高、稳定性好，所以选择它作为温度传感器。 在以铂丝电阻作为温度传感器的测量电路中，非平衡桥测量时一种典型应用。然而，铂丝电阻的阻值与温度之间的非线性关系以及非平衡桥的非线性性会导致获取值出错，因此，我们改进了温度测量桥式电路。使用常电流源给电桥供电，使用具有低噪声和低温漂的高精度可操作放大器连接两个网桥，使用4DH2组建恒流源以输出0.5A电流，因此，流经铂丝电阻的电流等效于恒流源。STM32F103中的ADC用来将温度的模拟电压值转换成数字信号，这个12比特ADC是一个连续近似模拟到数字的转换器，并且具有自我校准功能。每个通道的A/D转换均可工作在独立、连续扫描或不连续模式下，而在这个系统中，我们使用连续模式，ADC的转换值存储在右排16比特数据寄存器中，从而提高了转换速度，另外，模拟监测机构能够在输入电压超过用户定义的高门限或低门限时进行监测。3.2TM32F103片上资源 TM32F103能够工作在-40105的温度范围内，这符合工业环境的要求，它整合了工作频率为72MHz的高性能ARM Cortex-M3 32比特RSIC核心、用来存储数据和程序的告诉嵌入式存储器（高达128K字节的闪存和高达20K字节的SRAM静态只读存储器）以及更多增强的I/O口，这些接口中的大部分可以工作在不同功能下并且具有连接到2个APB总线的外围设备。它包含3个通用16字节定时器，附加两个监测器。另外还有用来与LCD进行通信的标准型和增强型交流交互OSART，更重要的是，它提供2个转换速度为1S的12比特ADC，这使它适合于高速获取和处理的情况。这是选择TM32F103作为这个系统的核心控制器的一个重要原因。3.3 滤波和转换电路 为了实现从PWM信号到模拟输出的转换，我们使用第二个低通滤波器滤除高频分量，保留直流分量，并且改变PWM信号的工作周期从而获得用于输出的模拟电压。DS18B20测温原理框图示出了所设计的巴特霍兹滤波器，滤波之后，将PWM信号转换至02.5V范围内的电压信号以控制硅控滤波器的传输角，因此我们实现了对加热管的精确控制。图3 巴特霍兹滤波器 4 软件设计4.1 PID控制算法这个系统使用PID控制算法，这个算法是一种已在工作处理控制中广泛应用的基本控制方法，扩充形PID控制算法如下： 然而，如果直接使用这个算法，它会导致很大的溢出而且在启动、停止或是大幅度调试的时候引起整体饱和，为了抑制这个现象的发生，我们使用整型分离作为改进方式，直到世纪温度接近设定值时，整型分离才会工作，当它工作时，可以去除静态错误，从而提高精度，整型分离PID框图示于图4。图4 整型分离PID算法框图 4.2 触摸屏软件设计 使用触摸屏可使人机交互更加友好、方便和快捷，使用专用的控制芯片ADS7843连接到四线电阻触摸屏AMT9532，结合STM32F103处理触摸信号，触摸屏的软件流程图示于图5。图5 触摸屏流程图5 实验结果使用精度为0.001的热度计作为校准时实验结果进行检测，特别方法： 通过触摸屏在温度范围内设定合适的温度，等待LCD上显示的温度数据稳定后，通过由热度计读取的数值与该值作比较，计算其误差，计算公式如下：检测结果示于表1表1 校准结果 设定值（） 显示值（） 实际值（） 误差（%） 16.00 15.98 15.977 0.2 30.00 30.00 29.988 0.4 40.00 40.01 40.009 0.2 50.00 50.00 50.014 0.3 60.00 60.01 60.011 0.2 70.00 69.97 70.020 0.3 80.00 79.98 80.037 0.5 6 结论 通过使用16比特PWM输出，简单滤波电路、转换电路、软件设计及浮点操作，这个系统实现了普通MCU难以实现的16比特D/A转换，系统温度控制范围为1680，并且16比特控制信号的精度达1。实验结果表明，这个系统确实达到了控制要求，其温度精度优于0.05，实际应用表明这个系统具有实时性、灵活性、稳定的高精度性以及低成本的优点，并且满足工业中高精度、高稳定性和可靠性的要求。参考文献： 1 Zhaojun Li, Ping Ji, Xiaoguang Lou, 2007.Design of high precision temperature control system. Electronic Measurement Technology . ( 2) : 146 -148. 2STMicroelectronics Corporation, 2007. STM32F103XX Data -sheet. 3DayongXia, XiaohuiZhou, ZengZhao, Bofeng Chen, Endi-an Hu, 2007.Temperature control system of single -chip of model MCS -51.Industrial Instrumentation &Automation ,( 1) : 43 -47.4Lin Wu, Enping Lou, Dongqing Hou, Liang Xu, 2006. Wire-less temperature and humidity control system based on PIDarithmetic. Chinese Journal of Scientific Instrument , 27( 21):619 -620.5Yan Zhao, Guangzhi Yang, 2006.Automatic measuring system in constant temperature for oxygen content based on single chip. Chinese Journal of Scientific Instrument ,