基于stm32的远程网络温度控制系统的设计

DO 输出
执行 机构
采样时刻到
N
Y
3. 系统软件设计
(1) STM32温度控器的软件设计
① 温度控制器主程序设计
开始 初始化 参数下载
LCD显示 温度检测 控制输出
是否改变 LED指示灯
N
Y 控制对应管脚
② PID控制程序设计
PID计算 PWM参数 修正PWM参数
输出对应 PWM波
3. 系统软件设计
ENC28J60
ENC28J60触发 STM32的外部中断
N
S是ocket端口 收到数据
N 串口通信数据
Y 处理ENC28J60 产生 的中断事件
Y 处理接收到的数据
3. 系统软件设计
② 通信程序设计
uart_rx_thread 线程流程
uart_tx_thread 线程流程
串口接收数据
接收数据是否达
二. 设计主要内容
?
? 1. 系统硬件设计 ? 2. PID算法研究 ? 3. 系统软件设计 ? 4. 系统测试与验证
?
1. 系统硬件设计
(1) 远程温度控制系统硬件电路总体架构
Web
浏
以太网
以太网控制
览
器芯片
器 SPI
STM32F103 处理器
串口通讯
220V市电 变压器 整流桥
备用电源充电 电路
5℃上 升至 25℃时 间(分)
15℃上 升至 30℃时 间(分)
0.01
0.5
±0.3
±0.2 ±0.3
3`00
2`00
0.1
1
±1
1. 选题背景
一. 选题背景及目的
恒温培养箱是生物 工程、卫生防疫、制 药、化工、食品、饮 料、农业、畜牧，水 产等科研部门、大专 院校的理想之选。
2. 设计目的
一. 选题背景及目的
将温度控制的相关信息传 递送到Internet上，实现远程 控制具有重要意义，使处于 不同地区的各相关部门之间 交流现场监控信息，出差在 外的人员能及时了解到监控 情况，实现对监控现场的远 程控制、指挥决策。
否
到最大分帧长度
是
接收时间间隔是否
否
到最大分帧延迟
是
如果 socket_list[i已] 连接
Lwip_send() 发送数据
查找已连接的 socket_list[i] 用已连接的 socke接t收_数l据ist[i]
将数据用串口发出
3. 系统软件设计
③ 数据处理程序设计
读端口数据
GET
发送提示文 件不存在的
② ENC28J60与RJ45的接口电路
1. 系统硬件设计
(4) 系统电源电路设计 ① 3.3V稳压供电电路
② 5V稳压供电电路
1. 系统硬件设计
③ 备用电源充电电路
2. 温度控制算法研究
(1) 增量式PID算法
位置式 PID表达式为：
? u(k) ?
KP
? ?e(k ) ? ?
T TI
k j?0
1. 系统硬件设计
③ 类R-F温度测量电路
1. 系统硬件设计
④ JTAG调试接口电路
1. 系统硬件设计
⑤ E2PROM存储电路
⑥ LCD显示电路
1. 系统硬件设计
1. 系统硬件设计
⑦ 按键与LED指示电路
1. 系统硬件设计
(3) 基嵌入式Web服务器硬件电路设计 ① 以太网控制器电路
1. 系统硬件设计
硕 士 学 位 论 文答 辩
? 基于stm32的远程温度控制系统的设 计
姓 名：苏 舒 专 业：电力电子与电力传动 学 号：102340281 指导老师：刘 牮
主要内容
一. 选题背景及目的 一
二. 设计主要内容 1. 系统硬件设计 2. PID算法研究 3. 系统软件设计 4. 系统测试与验证
三 三. 总结与展望
NO
相应消息
请求文件 存在否
YES
解码认证信息
发送提示认 NO 证错误的 相应消息
认证信息 正确否
YES 用实际的数据替 换网页中的标记
发送含正确内 容的相应消息
结束
4. 系统调试与功能验证
(1) 用户登陆界面
4. 系统调试与功能验证
(2) 控制网页界面1
4. 系统调试与功能验证
(3) 控制网页界面2
? uk
?
uk
?
uk ?1
?
KP
? ?
ek
?
?
ek ?1
?
T Ti
ek
?
Td
ek
?
2ek ?1 T
?
ek ? 2
? ? ?
?
KP
???1 ?
T Ti
?
Td T
? ?
e
k
?
?
KP
???1?
2Td T
? ?
ek
?1
?
?
KP
Td T
ek ? 2
? Aek ? Bek ?1 ? Cek ? 2
由上式可以看出，如果 T是定值，那么只需要知道 A、B、C这三个参数 的值，就可以根据前后三次测量得到的偏差值，就可以计算出控制量 。
e(
j)
?
TD T
?e (k )
?
e(k
?
?
1)??
?
?k
e(k) ? e(k ? 1)
? K Pe(k ) ? K I e( j)T ? KD
j?0
T
? uk ?1 ?
KP
? ?ek ?1 ? ?
T Ti
k?1
ej
j?0
? Td
ek
?1
? T
ek
?2
? ? ?
将上面两式相减并整理，就可以得到增量式 PID控制算法公式为：
2. 温度控制算法研究
(2) 增量式PID算法在温度控制器中的实现
开始
计算控制参数 A,B,C
设定初值 e（k-1）=e（k-1）=0
本次采样输入 y（k） 计算e（k）和Δ u（k）
源自文库
数字 滤波
A/D 转换
被控 对象
输出 u（k）=u（k-1）+Δ u （ k） 重置 e（k-2 ）=e（k-1 ） E（k-1）=e（k）
③ 定时器中断程序设计
进入中断
计算高低脉冲计数 寄存器之差 NH、NL
是否完成一个
否
周期的NH和NL
的捕捉
是
计算温度值
中断返回
④ 串口中断程序设计
参数读取
开始 串口中断 判断命令
参数设置
中断结束
3. 系统软件设计
(2) 嵌入式Web服务器的软件设计 ① 嵌入式Web服务器主程序设计
开始
初始化STM32 初始化
备用电源 （蓄电池）
按键
温度设定 PID控制
PWM波 开关电源 电路
继电器
致冷芯片
LED指示灯
稳压芯片
LCD显示
温度计算 STM32E103 处理器
热敏电阻
类R-F转换
恒温 培养箱
系统 调试口
1. 系统硬件设计
(2) STM32温度控制器各主要硬件电路设计 ① 温度自动控制电路
② 继电器电路
1. 系统硬件设计
(4) LCD显示
4. 系统调试与功能验证
4. 系统调试与功能验证
(5) 测试结果
测量 参数 数据
测量 内容
实测结果
标准值
温度 可调 范围 (℃)
0-60
0-60
分 辨 率 (℃)
曲线 显示 误差 绝对 值(℃)
10℃稳 定时的
波动范 围(℃)
30℃稳 定时的
波动范 围(℃)
50℃稳 定时的
波动范 围(℃)