外文翻譯---基于stm32的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)-資料下載頁(yè)
2024-11-06 09:39本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】BiaoQIU(····),Shi-guangLI(····),Zheng-zhongGAO(····),XuZHANG(····),Yu. realityneeds.isshownin.
【正文】 英寸彩色 LCD 和觸摸屏，有著優(yōu)良的人機(jī)交互功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示于圖 2 圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 溫度獲取和模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換 在所有的熱敏電阻溫度傳感器中，鉑絲電阻因其高精度、穩(wěn)定性好、耐腐蝕以及易于使用的優(yōu)點(diǎn)而成為理想的溫度獲取原件并在工業(yè)環(huán)境和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用?；跍y(cè)溫范圍為 16℃ ~18℃， Pt1000 的組織依確定關(guān)系隨溫度的變化而變化，并且精度高、穩(wěn)定性好，所以選擇它作為溫度傳感器。 在以鉑絲電阻作為溫度傳感器的測(cè)量電路中，非平衡橋測(cè)量時(shí)一種典型應(yīng)用。然而，鉑絲電阻的阻值與溫度之間的非線性關(guān)系以及非平衡橋的非線性性會(huì)導(dǎo)致獲取值出錯(cuò)，因此，我們改進(jìn)了溫度測(cè)量橋式電路。使用常電流源給電橋供電，使用具有低噪聲和低溫漂的高精度可操作放大器連接兩個(gè)網(wǎng)橋，使用 4DH2 組建恒流源以輸出 電流，因此，流經(jīng)鉑絲電阻的電流等效于恒流源。 STM32F103 中的 ADC 用來(lái)將溫度的模擬電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這個(gè) 12 比 特 ADC 是一個(gè)連續(xù)近似模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器，并且具有自我校準(zhǔn)功能。每個(gè)通道的 A/D 轉(zhuǎn)換均可工作在獨(dú)立、連續(xù)掃描或不連續(xù)模式下，而在這個(gè)系統(tǒng)中，我們使用連續(xù)模式， ADC 的轉(zhuǎn)換值存儲(chǔ)在 右排 16 比特?cái)?shù)據(jù)寄存器中，從而提高了轉(zhuǎn)換速度，另外，模擬監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)能夠在輸入電壓超過(guò)用戶定義的高門限或低門限時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 片上資源 TM32F103 能夠工作在 40℃ ~105℃的溫度范圍內(nèi)，這符合工業(yè)環(huán)境的要求，它整合了工作頻率為 72MHz的高性能 ARM CortexM3 32 比特 RSIC核心、用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程 序的告訴嵌入式存儲(chǔ)器（高達(dá) 128K 字節(jié)的閃存和高達(dá) 20K 字節(jié)的 SRAM 靜態(tài)只讀存儲(chǔ)器）以及更多增強(qiáng)的 I/O 口，這些接口中的大部分可以工作在不同功能下并且具有連接到 2 個(gè) APB 總線的外圍設(shè)備。它包含 3 個(gè)通用 16 字節(jié)定時(shí)器，附加兩個(gè)監(jiān)測(cè)器。另外還有用來(lái)與 LCD進(jìn)行通信的標(biāo)準(zhǔn)型和增強(qiáng)型交流交互 OSART，更重要的是，它提供 2 個(gè)轉(zhuǎn)換速度為 1μ S 的 12比特 ADC，這使它適合于高速獲取和處理的情況。這是選擇 TM32F103 作為這個(gè)系統(tǒng)的核心控制器的一個(gè)重要原因。 濾波和轉(zhuǎn)換電路 為了實(shí)現(xiàn)從 PWM信號(hào)到模擬輸出的轉(zhuǎn) 換，我們使用第二個(gè)低通濾波器濾除高頻分量，保留直流分量，并且改變 PWM 信號(hào)的工作周期從而獲得用于輸出的模擬電壓。 DS18B20 測(cè)溫原理框圖示出了所設(shè)計(jì)的巴特霍茲濾波器，濾波之后，將 PWM 信號(hào)轉(zhuǎn)換至 0— 的電壓信號(hào)以控制硅控濾波器的傳輸角，因此我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)加熱管的精確控制。 圖 3 巴特霍茲濾波器 4 軟件設(shè)計(jì) PID 控制算法 這個(gè)系統(tǒng)使用 PID 控制算法，這個(gè)算法是一種已在工作處理控制中廣泛應(yīng)用的基本控制方法，擴(kuò)充形 PID 控制算法如下： )2()( 2111 ???? ??????? kkkDkIkkPkk eeekekeekuu 然而，如果直接使用這個(gè)算法，它會(huì)導(dǎo)致很大的溢出而且在啟動(dòng)、停止或是大幅度調(diào)試的時(shí)候引起 整體飽和 ，為了抑制這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生，我們使用 整型分離作 為改進(jìn)方式，直到世紀(jì)溫度接近設(shè)定值時(shí)，整型分離才會(huì)工作，當(dāng)它工作時(shí)，可以去除靜態(tài)錯(cuò)誤，從而提高精度，整型分離 PID 框圖示于圖 4。 圖 4 整型分離 PID 算法框圖 觸摸屏軟件設(shè)計(jì) 使用觸摸屏可使人機(jī)交互更加友好、方便和快捷，使用專用的控制 芯片 ADS7843 連接到四線電阻觸摸屏 AMT9532，結(jié)合 STM32F103處理觸摸信號(hào)，觸摸屏的軟件流程圖示于圖 5。 圖 5 觸摸屏流程圖 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 使用精度為 ℃的熱度計(jì)作為校準(zhǔn)時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，特別方法： 通過(guò)觸摸屏在溫度范圍內(nèi)設(shè)定合適的溫度，等待 LCD 上顯示的溫度數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，通過(guò)由熱度計(jì)讀取的數(shù)值與該值作 比較，計(jì)算其誤差，計(jì)算公式如下： 誤差 =｜設(shè)定值 — 實(shí)際值｜ /設(shè)定值 檢測(cè)結(jié)果示于表 1 表 1 校準(zhǔn)結(jié)果 ——————————————————————————————— 設(shè)定值（℃） 顯示值（℃） 實(shí)際值（℃） 誤差（ %） ——————————————————————————————— ——————————————————————————————— 6 結(jié)論 通過(guò)使用 16 比特 PWM 輸出，簡(jiǎn)單濾波電路、轉(zhuǎn)換電路、軟件設(shè)計(jì)及 浮點(diǎn)操作 ，這個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了普通 MCU 難以實(shí)現(xiàn)的 16比特 D/A轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)溫度控制范圍為 16℃ ~80℃，并且 16比特控制信號(hào)的精度達(dá) 1‰。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這個(gè)系統(tǒng)確實(shí)達(dá)到了控制要求，其溫度精度優(yōu)于177。 ℃，實(shí)際應(yīng)用表明這個(gè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、靈活性、穩(wěn)定的高精度性以及低成本的優(yōu)點(diǎn)，并且滿足工業(yè)中高精度、高穩(wěn)定性和可靠性的要求。
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1