基于STM32的电锅炉温度控制系统的设计

图 2 执行单元 （2）液位检测电路
Design of Electric Boiler Temperature Control System Based on STM32
Yuan Gang, Xu Jun, Cheng Mingli, Wang Jie, Tan Ming (Department of Computer Science and Technology, Hefei University, Hefei Anhui, 230601)
设计与研发
2019.11
基于 STM32 的电锅炉温度控制系统的设计
袁刚，徐俊，程明利，王杰，檀明 （合肥学院计算机科学与技术系，安徽合肥，230601）
摘要 ：本系统基于 STM32F103RCT6 为主控制器，对电锅炉的液位、压强和温度进行实时检测。通过 PID 算法对电锅炉进 行实时温度控制，使温度保持在设定值。通过 WiFi 模块 ESP8266 使下位机与上位机进行通信，实现远程数据采集、实时 显示和阈值报警。实验结果表明，本系统稳定、可靠、操作性简单，能够满足电锅炉的恒温控制需求。 关键词 ：STM32 ；PID ；电锅炉 ；恒温控制
同。气压敏感元件是一个压阻式低噪高精度高分辨率绝对大 气压力感应元件，过配置采样率寄存器，可以设置采样率。
（4）温度检测电路 温度检测电路主要采用两个 DS18B20 和一个斜率累加 器进行设计。如图 5 所示，低温系数晶振的振荡频率受用于产 生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温系数晶振所产生 的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和计数器 2 先设 定预置值，在进行温度检测时，计数器 1 的预置值减至 0 时， 温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数 器 2 减 1 ；当计数器 2 计数值减至 0 时，停止温度寄存器值的 累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器 用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数 器 1 的预置值。
（1）主控制器 下 位 机 以 STM32F103RCT6 为 主 控 制 器，该 芯 片 内 核 采
图 1 系统组成框图
基金项目 ：国家级大学生创新创业训练计划项目“基于智能水网建设的多级排水与净化装置（201710361058）”。
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设计与研发
用 ARM32 位的 CortexTM-M3 系列 CPU，最高工作频率可达到 72MHz，SRAM 的容量为 64K 字节，包含 3 个 12 位模数转换器， 可用于采集液位、温度和压力数据 ；拥有 2 个 I2C 接口，可实 现外部数据存储 ；定时器、DAC 和 PWM 通道可实现电锅炉的 加热控制 ；其特有的 FSMC 总线可在 GPIO 上实现 8080 总线 接口实现液晶屏 STM32f103RCT6 的显示功能 ；多达 112 个 I/ O 接口用于实现 LED 和蜂鸣器的声光报警 ； USART 接口可用 于实现与上位机的远程通信。
Abstract:Used to detect the liquid level, pressure and temperABSTRACT: The system is based on STM32F103RCT6 as the main controller. It can be ature of the electric boiler in real-time. The PID algorithm is used to control the electric boiler in real time to keep the temperature at the set value. Through the WiFi module ESP8266, the lower computer communicates with the upper computer to realize remote data acquisition, real-time display and threshold alarm. The experimental results show that the system is stable, reliable, and simple to operate. It can meet the constant temperature control needs of electric boilers. Key words: STM32;PID;Electric Boiler;Constant Temperature Control
1 系统设计
本系统主要由三部分组 成 ：执行单元（加热炉）、下位机 （STMF103）和上位机（PC 机），如 图 1 所示。
1.1 执行单元设计 如 图 2 所 示，执 行 单 元 加
热锅炉模型的组成部分有 ：阀门动作模块、锅炉模块和电加 热模块。阀门动作模块包括出水阀、进水阀和出气阀，利用继 电器对阀门实现动作 ；锅炉模块用于储水，内部安装了液位 传感器、大气压强传感器和温度传感器，分别用于实时检测 电锅炉内的液位高度、大气压强和水温。 1.2 下位机设计
0 引言
电锅炉是工业生产中将一次能源转换为二次能源的重 要设备，在化工、冶金，造纸等行业有着广泛的应用 [1]-[4]。工 业用水一般需要恒温，因此对电锅炉温度控制的鲁棒性要求 非常高。为了能使电锅炉的运行更加平稳，保证供热效果的 同时获得最大经济效益，在电锅炉控制系统中引入合理的控 制方法是实现节能、环保和高效生产的重要途径 [5] -[6]。电锅 炉系统是一种典型的非线性、时滞性和大惯性等特性的过程 控 制 系 统，导 致 系 统 控 制 过 程 中呈现出多样性和复杂性等特 点。为 了 提 高 电 锅 炉 的 自 动 化 水 平，满 足 日 益 严 格 的 控 制 要 求，研制一种具有适应性强、精 度高、稳定的控制系统，有着十 分重要的理论意义和现实意义。