基于STM32的远程温控系统设计与实现

基于STM32的远程温控系统设计与实现摘要温度控制是工业控制的主要对象之一,常用的温控数学模型是一阶性加上纯滞后环节,但其随着加热对象和环境条件的不同,会存在着较大的差异。因为温控对象这种较为普遍的含有纯滞后环节的特点,容易引起系统超调和持续的振荡,温度控制对象的参数会发生幅度较大的变化。基于STM32单片机的远程温控系统，该系统以STM32单片机为核心，采用温度传感器1收集实时测量环境气温参数；利用无线通信蓝牙模块对采集到数据进行传输和控制、实现人与设备间的信息交互等功能来监测现场节点温度是否正常工作状态以及终端监控中心设置室温上下限值。系统设计包括硬件电路及软件程序两个部分，采用了模块化设计方法以及结构简单等特点，具有体积小、功耗低及抗干扰性强性能好的优点；系统可扩展方便且成本较低，便于在大规模生产中使用。关键词：温控系统；单片机；温度传感器；通信模块

目录TOC\o"1-3"\h\u43421绪论 STM32单片机实物图如下图所示。图3-2STM32单片机核心板实物图STM32单片机：温度传感器检测到环境中空气中有物体时发出信号并启动报警程序进行处理后向CPU请求下一步操作；同时液晶显示屏也把当前室内温湿度值清晰直观地展示出来给用户看得到此时该人是否处于远程工作模式和判断此人们是在干什么的，并向用户展示此系统是否有任何异常现象发生。(2)远程温湿度传感器：温度传感器检测到环境中空气的含量，将数据传送到单片机，在液晶显示屏上显示当前时刻的温度和湿度值以及对应区域内该环境下对人体有无缺陷物体进行判断。若是超过阈值则声光报警电路发出警报短信停止工作继续通知用户以达到降压目的让周围舒适度提高用户使用体验(3)无线模块：本系统主要实现的是远程温控室内设备与上位PC之间数据传输，通过无线模块发送信息给控制端，使室内设备进行数据传输。4远程温控系统软件实现4.1

驱动程序远程温控中，软件驱动是实现的最基本的部分。在程序运行时，通过对单片机进行端口扫描将采集到数据传送到串口上。再由主函数来调用子函数。首先需要编写一个初始化程序和中断服务子令两个执行模块作为启动条件；其次要利用定时器开始计数以及当前时间清零完成停止工作等功能；再次是设置发送方发送给主控芯片的请求信号，同时对单片机进行判断并发出控制指令，完成对远程温控系统的控制。最后通过软件和硬件联合实现上位机与下位机之间数据传输，从而达到了在不同环境下进行通信以及实时监测温度等功能作用。图4-3显示子程序流程设计4.2

中断处理串行中断一般用于单片机的定时执行功能操作。在硬件电路中，由于本设计是基于STM32微控制器而制作，需要对外部资源进行判断和控制。如果使用串口向主控芯片发送数据请求时就会产生错误报警信息；反之则可以正常工作并发出指令给系统相应地复位按键或者通过利用其他设备获取到的参数作为中断处理函数来完成自动解除暂停执行任务过程。4.3

数据传输数据传输是远程温控系统的核心部分，也就是主控模块，在系统中占据着非常重要的地位。本设计选择了STM32单片机为中央处理器。1.温度传感器采集环境参数：采用热敏电阻、光电数模转换芯片DS18B20作为信号检测对象；利用液晶显示器LCD实时播报出当前温控值，用户在调试的时候能够清晰地看到系统运行过程中出现什么问题。2.远程温控模式的选择：采用主动式PWM数据控制方式，通过温度传感器采集被测环境实时温度，再将数据传输给单片机模块进行处理。单片机根据收到信号后发出指令实现对执行机构发送速率和设定值之间速度大小、以及当前精度等参数的判断与设置过程；用户可以利用液晶显示屏LCD即时查看或断开温控限阈值并可随意修改调节系数以达到调速功能4.4软件系统设计软件系统是整个远程温控系统的灵魂，它决定了远程温控装置能否正常工作，并为实现这一功能而服务。本设计中硬件部分主要包括主程序、按键子程序和LCD液晶显示屏。其中显示控制电路包含：屏幕初始化电平转换模块；LED点阵显示模块(用于位盘).可通过调节屏来改变当前显示器上所要展示的字符数或数字字段等信息输出状态，以达到控制液晶屏的目的，从而实现对温度测量、显示等功能。软件部分主要包括主程序和按键子程序。本设计中系统采用STM32系列单片机作为核心控制器件来完成远程温控装置的整体硬件电路与软件算法以及算法分析设计工作，并通过实验验证了此方案可行性及可靠性高；最终在实验室成功制作实物模型以达到课题所要求实现的各项指标后，对整个过程进行模拟仿真测试结果证明该方法具有实用性、适用性能和经济效益等特点。图4-4主程序流程图LCD模块在本系统中主要起着开界面汉字显示，以及各控制效果的显示。采用直接访问方式。液晶显示的操作流程图如下图4-2：了进一步提高STM32芯片的工作效率，本文将操作系统实时移植到芯片上计划。同时用于组合系统运行时智能手环的设计，破坏整个系统的低性能要求因为这个原因在系统运行中提出了最低优先级任务lpm3，使系统在没有程序的情况下可以直接进入待机状态，具体安排如图4-4所示。图4-4任务调度程序设计5系统误差分析5.1

系统性能指标系统的性能指标包括：(1)响应时间。由于远程温控远程软件开发周期较短，只需要用户下载并安装即可运行，因此要求界面友好、操作简单且能长时间稳定使用；而其他人对程序的了解并不多见。通过对比分析相关资料和文献可知系统在启动后可立即进行温度监测与报警处理等功能键入退出工作状态或等待设定值来实现报警、显示以及学习控制。(2)容错能力及抗干扰性能高：普通温控远程软件开发中，一般是在温控室的温度控制中使用阈值，当环境条件变化时，就会有相应的控制作用。本设计主要实现远程监控系统。通过设置不同模式下对数据参数进行校验和纠错功能来保证系统运行稳定且不会出现串扰或信号中断现象；利用单片机驱动蜂鸣器报警、LED灯指示当前实时检测到位置及温控室温度超过设定范围自动启动继电器控制加热风扇降温和升温水浴等，以满足用户的需求并实现远程管理。5.2

测量原理远程温控系统是通过远距离测量土壤环境信息的，其工作原理就是利用热电效应将温度信号转换成电流或电压。由于在本系统中不需要进行过循环交换能量。因此我们选择的是闭合型红外线发射二极管和红外发射管作为检测元件其中一个器件来完成对空间位置、距离等的测量，并实现了自动调节温度值与光照强度等级；另外一种特殊功能是当外界环境发生变化时可以通过自身电路内的自锁开关控制发光二极管工作状态从而达到实时监测目的。该系统在设计中主要有两个部分组成，硬件电路和软件程序。其中，硬件电路包括单片机最小系统、液晶模块、温度采集及显示等外围芯片。软件则是对数据进行处理后将处理结果通过蓝牙传输到远程温控系统的手机端用于户主使用方便快捷地掌握家里环境信息实时变化；同时也可以实现用户根据室内情况调整其在设备上工作状态从而达到控制终端设备运行目的。本文介绍了远程温控设计中采用AT89C51单片机作为整个系统主要芯片，该系统在设计中主要有两个部分组成，硬件电路和软件程序。其中，硬件电路包括单片机最小系统、液晶模块、温度采集及显示等外围芯片。软件则是对数据进行处理后将处理结果通过蓝牙传输到远程温控系统的手机端用于户主使用方便快捷地掌握家里环境信息实时变化；同时也可以实现用户根据室内情况调整其在设备上工作状态从而达到控制终端设备运行目的。5.3

系统温度对系统精度的影响整个系统的工作原理就是通过远程温控器对温度进行控制。在设计的过程中，温度传感器会将采集到数据传送到单片机，然后单片机再根据命令与设置值之间存在线性关系输出PWM脉冲信号给执行器件(即主程序)来实现驱动三极管导通和关断时间进而达到启动键或关闭键以及停止按键功能。6总结与展望6.1总结本设计主要完成一个远程温控的系统，通过对温度传感器测量实时室内温度来控制单片机。本次毕业论文中，我查阅了大量相关资料。在这次课程设计过程中也遇到很多困难。但是经过自己不断地努力最终还是成功实现了预期目标：以STM32为核心控制芯片、用以太网模块作为通信接口、使用C语言进行编程以及完成实物焊接与调试等任务要求；最后通过反复的测试和查找各种问题并加以修改完善本次毕业论文所达到的基本功能，完成此次毕业论文。本次设计的远程温控系统，主要是通过通信模块来对温度进行监控，包括实时显示、控制调节。6.2

展望本次毕业设计的课题为远程温控系统。虽然在开始测试之前，只是对系统硬件和软件方面做了一些简单介绍，但是由于时间仓促，我的能力还很有限。对于这个项目也不是太成熟所以还有很多需要完善与改进之处：首先是硬件方面，因为这个系统的核心就是软件，所以我需要在单片机和液晶显示屏上进行简单介绍。其次是软件部分。最后一个模块就是主控芯片子程序设计与实现过程中所涉及到的远程温控系统功能了：温度采集、按键设置、声光报警以及LCD显示等内容来对环境因素参数做出判断并发送指令给终端设备(例如APP平台)，同时也可以通过手机app客户端和云端数据库连接进行数据交换与交互。参考文献[1]聂宵,徐广平,房孝俊.基于STM32的高精度温度控制系统设计[J].激光与红外,2020,50(1):4.[2]孟庆喜,陈红,王锡淮,等.基于STM32的远程移动通信及无线温控设计[J].2022(11).[3]严向文.基于STM32的医用多路温度控制系统设计[J].机电技术,2021(2):4.[4]杨秀秀,晏菁.基于STM32的多功能温控风扇设计[J].电子测试,2021(19):3.[5]谢凌菲.基于STM32的空间环模设备热沉温控系统设计[D].西北师范大学,2020.[6]戴明、李军科、孟召议.基于STM32处理器与Modbus/485协议的主轴电机温控系统设计[J].无锡商业职业技术学院学报,2020,20(4):6.[7]段英宏,肖灿,张昊杰,等.一种基于STM32的养殖场厂房温度控制系统:,CN211180678U[P].2020.[8]洪顺利.基于ZigBee技术的人体感应温控风扇设计[J].造纸装备及材料,2020,49(1):2.[9]袁刚,徐俊,程明利,等.基于STM32的电锅炉温度控制系统的设计[J].2022(11).[10]李浩正,陈良展,张腾.基于STM32单片机的远程网络泵站监控系统的设计[J].科学大众：科技创新,2020(2):2.[11]刘绍丽,王献合.基于STM32单片机的智能温度控制系统的设计[J].2022(21).[12]刘奕雯,杨灵威,李奕,等.基于STM32的智能温度控制系统[J].信息技术与信息化,2021(7):3.[13]吕英俊,于佩伶,张广林,等.基于STM32的密闭系统温度控制研究[J].2022(5).[14]张宪阳、谢邵春、丁黎明、舒薇、张宇凡.基于STM32的温室大棚温度控制系统[J].电子技术与软件工程,2020(17):3.[15]孟颖,张贵阳,魏晓马,等.基于STM32半导体制冷片温控系统的设计[J].2022(21).[16]吴天春,丁茹.基于STM32单片机PID温控学习系统设计[J].2022(10).[17]赵丹丹,李红指导.基于STM32的远程厨房安全系统设计[J].电子产品世界,2021,28(11):3.[18]温世坚,张伟波.基于STM32的远程升级系统的设计[J].2022(5).[19]李鑫、张钊、黄炯、曾志嵘、程树.基于STM32的汽车空调远程控制系统设计[J].南方农机,2020,51(20):2.[20]庄婧昱,刘忠富.基于STM32的远程人体参数采集系统设计[J].2022(6).[21]刘正翔.基于STM32的生产线搬运机器人控制系统设计[J].唐山师范学院学报,2020,42(3):5.[22]贾诚安,叶林,葛俊锋,等.一种基于STM32和ADS1248的数字PID温度控制系统[J].2022(11).[23]徐宇宝,林华,王子权.基于STM32智能温控自调速风扇PID控制研究[J].2022(5).[24]李文涛,余福兵.基于STM32单片机的电阻炉智能温度控制器的设计[J].2022(1).[25]张煜葵,吴涛,周颖,等.基于STM32的简易静力触探采集系统设计[J].计算机测量与控制,2020.[26]李红岩,刘韩飞,王伟峰,等.基于STM32的DFB气体激光器驱动电路设计与实验[J].西安科技大学学报,2021.[27]韦宏利,周建波,王晴悦,等.基于模糊PID的温度控制系统设计[J].国外电子测量技术,2021,40(9):6.[28]张卫锋,刘致君,张灿祥.基于PID算法的疫苗保温箱温控系统设计[J].计算机与数字工程,2021,49(7):6.[29]刘吉名,白小峰,何世安.基于位置式PID温控系统设计[J].环境技术,2020,38(6):5.[30]姚立平,刘伟章,吴文明,