1、硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 答答 辩辩基于基于stm32stm32的远程温度控制系统的设计的远程温度控制系统的设计 姓姓 名：苏名：苏 舒舒专专 业：电力电子与电力传动业：电力电子与电力传动学学 号：号：102340281102340281指导老师：刘指导老师：刘 牮牮一一三三一.选题背景及目的二.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.总结与展望主要内容主要内容 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。1.1.选题背景选题背景一一.选题背景及目的选题背景及目的2.2.设计目的设
2、计目的 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。一一.选题背景及目的选题背景及目的二二.设计主要内容设计主要内容 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)(1)远程温度控制系统硬件电路总体架构远程温度控制系统硬件电路总体架构1.1.系统硬件设计系统硬件设计(2)STM322)STM32温度控制器各主要硬件电路设计温度控制器各主要硬件电路设计 温度自动控制电路温度自动控制电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计1.
3、1.系统硬件设计系统硬件设计 继电器电路继电器电路 类类R-FR-F温度测量电路温度测量电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计 JTAGJTAG调试接口电路调试接口电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计 E E2 2PROMPROM存储电路存储电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计 LCDLCD显示电路显示电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计 按键与按键与LEDLED指示电路指示电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计(3)(3)基嵌入式基嵌入式WebWeb服务器硬件电路设计服务器硬件电路设计 以太网控制器电路以太网控制器电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计 ENC28J60ENC28J60与与RJ45
4、RJ45的接口电路的接口电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计(4)(4)系统电源电路设计系统电源电路设计 3.3V 3.3V稳压供电电路稳压供电电路 5V 5V稳压供电电路稳压供电电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计 备用电源充电电路备用电源充电电路1.1.系统硬件设计系统硬件设计(1)(1)增量式增量式PIDPID算法算法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：121112122211AkkkkkkPkkkPkPkPkkkkeeeTuuuKeeeTdTiTTTdTdTdKeKeKeTiTTTeBeCe位置式PID表达式为：00()()()()(1)()(1)()()kDP
5、jIkPIDjTTu kKe ke je ke kTTe ke kK e kKe j TKT112110kkkkPkjjeeTuKeeTdTiT 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。2 2.温度温度控制算法研究控制算法研究(2(2)增量增量式式PIDPID算法在温度控制器中的实现算法在温度控制器中的实现2.2.温度控制算法研究温度控制算法研究(1)(1)STM32STM32温度控器的软件设计温度控器的软件设计 温度控制器主程序设计温度控制器主程序设计 PIDPID控制程序设计控制程序设计3.3.系统软件设
6、计系统软件设计 定时器中断程序设计定时器中断程序设计 串口中断程序设计串口中断程序设计3.3.系统软件设计系统软件设计(2(2)嵌入式嵌入式WebWeb服务器的软件设计服务器的软件设计 嵌入式嵌入式WebWeb服务器主程序设计服务器主程序设计3.3.系统软件设计系统软件设计 通信程序设计通信程序设计uart_rx_threaduart_rx_thread线程流程线程流程uart_tx_threaduart_tx_thread线程流程线程流程3.3.系统软件设计系统软件设计 数据处理程序设计数据处理程序设计3.3.系统软件设计系统软件设计(1)(1)用户登陆界面用户登陆界面4.4.系统调试与功能
7、验证系统调试与功能验证(2(2)控制控制网页界面网页界面1 14.4.系统调试与功能验证系统调试与功能验证4.4.系统调试与功能验证系统调试与功能验证(3)(3)控制控制网页界面网页界面2 2(4)(4)LCDLCD显示显示4.4.系统调试与功能验证系统调试与功能验证(5)(5)测试测试结果结果 测量 参数数据测量内容温度可调范围()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()5上升至25时间(分)15上升至30时间(分)实测结果0-600.010.50.30.20.3300200标准值0-600.11111330300 测量 参数数
8、据测量内容30上升至45时间(分)20下降至5时间(分)30下降至15时间(分)45下降至25时间(分)25下降至10的超调量()30下降至15的超调量()15上升至30的超调量()实测结果2303202302450.40.250.5标准值3003003003002224.4.系统调试与功能验证系统调试与功能验证总结总结 本文设计了一种基于STM32的远程温度控制系统，实现对远 程设备的监控，主要完成了以下内容：1.STM32温度控制器的硬件和软件设计：以Cortex-M3内 核的STM32 为主处理器，采用增量式PID控制算法，实现对恒温培养箱内温 度的控制。2.STM32嵌入式Web服务器
9、硬件和软件设计：以ST公司的Cortex-M3 内核的STM32微处理器作为主处理器，扩展以太网等外围接口电 路。在移植嵌入式实时操作系统Rt-Thread和嵌入式TCP/IP协议 栈Lwip的基础上，开发了数据处理程序和通信程序。3.增量式PID算法的研究。4.系统调试和功能验证。三三.总结与展望总结与展望展望展望1.在实际的测量和控制中，快速实时的对温度参数进行采集，确保数据的传输的正确性和可靠性，并且对温度控制现场进行准确的控制，依旧是我们需要考虑和解决的问题。2.出于各种不同使用目的远程温度控制系统在今后相当长的一段时期内，将需要得到更多的研究和发展。3.无论从经济效益还是从社会效益的角度出发，研究和设计出实时性更好、测量数据更准确、通信方式更快捷可靠的远程温度控制系统依然有着很大的实际意义。三三.总结与展望总结与展望
