基于STM32的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于STM32的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要溫度控制是工業(yè)控制的主要對象之一,常用的溫控數(shù)學(xué)模型是一階性加上純滯后環(huán)節(jié),但其隨著加熱對象和環(huán)境條件的不同,會存在著較大的差異。因為溫控對象這種較為普遍的含有純滯后環(huán)節(jié)的特點,容易引起系統(tǒng)超調(diào)和持續(xù)的振蕩,溫度控制對象的參數(shù)會發(fā)生幅度較大的變化?；赟TM32單片機(jī)的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，采用溫度傳感器1收集實時測量環(huán)境氣溫參數(shù)；利用無線通信藍(lán)牙模塊對采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和控制、實現(xiàn)人與設(shè)備間的信息交互等功能來監(jiān)測現(xiàn)場節(jié)點溫度是否正常工作狀態(tài)以及終端監(jiān)控中心設(shè)置室溫上下限值。系統(tǒng)設(shè)計包括硬件電路及軟件程序兩個部分，采用了模塊化設(shè)計方法以及結(jié)構(gòu)簡單等特點，具有體積小、功耗低及抗干擾性強(qiáng)性能好的優(yōu)點；系統(tǒng)可擴(kuò)展方便且成本較低，便于在大規(guī)模生產(chǎn)中使用。關(guān)鍵詞：溫控系統(tǒng)；單片機(jī)；溫度傳感器；通信模塊

目錄TOC\o"1-3"\h\u43421緒論 STM32單片機(jī)實物圖如下圖所示。圖3-2STM32單片機(jī)核心板實物圖STM32單片機(jī)：溫度傳感器檢測到環(huán)境中空氣中有物體時發(fā)出信號并啟動報警程序進(jìn)行處理后向CPU請求下一步操作；同時液晶顯示屏也把當(dāng)前室內(nèi)溫濕度值清晰直觀地展示出來給用戶看得到此時該人是否處于遠(yuǎn)程工作模式和判斷此人們是在干什么的，并向用戶展示此系統(tǒng)是否有任何異?，F(xiàn)象發(fā)生。(2)遠(yuǎn)程溫濕度傳感器：溫度傳感器檢測到環(huán)境中空氣的含量，將數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，在液晶顯示屏上顯示當(dāng)前時刻的溫度和濕度值以及對應(yīng)區(qū)域內(nèi)該環(huán)境下對人體有無缺陷物體進(jìn)行判斷。若是超過閾值則聲光報警電路發(fā)出警報短信停止工作繼續(xù)通知用戶以達(dá)到降壓目的讓周圍舒適度提高用戶使用體驗(3)無線模塊：本系統(tǒng)主要實現(xiàn)的是遠(yuǎn)程溫控室內(nèi)設(shè)備與上位PC之間數(shù)據(jù)傳輸，通過無線模塊發(fā)送信息給控制端，使室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。4遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)4.1

驅(qū)動程序遠(yuǎn)程溫控中，軟件驅(qū)動是實現(xiàn)的最基本的部分。在程序運(yùn)行時，通過對單片機(jī)進(jìn)行端口掃描將采集到數(shù)據(jù)傳送到串口上。再由主函數(shù)來調(diào)用子函數(shù)。首先需要編寫一個初始化程序和中斷服務(wù)子令兩個執(zhí)行模塊作為啟動條件；其次要利用定時器開始計數(shù)以及當(dāng)前時間清零完成停止工作等功能；再次是設(shè)置發(fā)送方發(fā)送給主控芯片的請求信號，同時對單片機(jī)進(jìn)行判斷并發(fā)出控制指令，完成對遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)的控制。最后通過軟件和硬件聯(lián)合實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸，從而達(dá)到了在不同環(huán)境下進(jìn)行通信以及實時監(jiān)測溫度等功能作用。圖4-3顯示子程序流程設(shè)計4.2

中斷處理串行中斷一般用于單片機(jī)的定時執(zhí)行功能操作。在硬件電路中，由于本設(shè)計是基于STM32微控制器而制作，需要對外部資源進(jìn)行判斷和控制。如果使用串口向主控芯片發(fā)送數(shù)據(jù)請求時就會產(chǎn)生錯誤報警信息；反之則可以正常工作并發(fā)出指令給系統(tǒng)相應(yīng)地復(fù)位按鍵或者通過利用其他設(shè)備獲取到的參數(shù)作為中斷處理函數(shù)來完成自動解除暫停執(zhí)行任務(wù)過程。4.3

數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸是遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)的核心部分，也就是主控模塊，在系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位。本設(shè)計選擇了STM32單片機(jī)為中央處理器。1.溫度傳感器采集環(huán)境參數(shù)：采用熱敏電阻、光電數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DS18B20作為信號檢測對象；利用液晶顯示器LCD實時播報出當(dāng)前溫控值，用戶在調(diào)試的時候能夠清晰地看到系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)什么問題。2.遠(yuǎn)程溫控模式的選擇：采用主動式PWM數(shù)據(jù)控制方式，通過溫度傳感器采集被測環(huán)境實時溫度，再將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)模塊進(jìn)行處理。單片機(jī)根據(jù)收到信號后發(fā)出指令實現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送速率和設(shè)定值之間速度大小、以及當(dāng)前精度等參數(shù)的判斷與設(shè)置過程；用戶可以利用液晶顯示屏LCD即時查看或斷開溫控限閾值并可隨意修改調(diào)節(jié)系數(shù)以達(dá)到調(diào)速功能4.4軟件系統(tǒng)設(shè)計軟件系統(tǒng)是整個遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)的靈魂，它決定了遠(yuǎn)程溫控裝置能否正常工作，并為實現(xiàn)這一功能而服務(wù)。本設(shè)計中硬件部分主要包括主程序、按鍵子程序和LCD液晶顯示屏。其中顯示控制電路包含：屏幕初始化電平轉(zhuǎn)換模塊；LED點陣顯示模塊(用于位盤).可通過調(diào)節(jié)屏來改變當(dāng)前顯示器上所要展示的字符數(shù)或數(shù)字字段等信息輸出狀態(tài)，以達(dá)到控制液晶屏的目的，從而實現(xiàn)對溫度測量、顯示等功能。軟件部分主要包括主程序和按鍵子程序。本設(shè)計中系統(tǒng)采用STM32系列單片機(jī)作為核心控制器件來完成遠(yuǎn)程溫控裝置的整體硬件電路與軟件算法以及算法分析設(shè)計工作，并通過實驗驗證了此方案可行性及可靠性高；最終在實驗室成功制作實物模型以達(dá)到課題所要求實現(xiàn)的各項指標(biāo)后，對整個過程進(jìn)行模擬仿真測試結(jié)果證明該方法具有實用性、適用性能和經(jīng)濟(jì)效益等特點。圖4-4主程序流程圖LCD模塊在本系統(tǒng)中主要起著開界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪問方式。液晶顯示的操作流程圖如下圖4-2：了進(jìn)一步提高STM32芯片的工作效率，本文將操作系統(tǒng)實時移植到芯片上計劃。同時用于組合系統(tǒng)運(yùn)行時智能手環(huán)的設(shè)計，破壞整個系統(tǒng)的低性能要求因為這個原因在系統(tǒng)運(yùn)行中提出了最低優(yōu)先級任務(wù)lpm3，使系統(tǒng)在沒有程序的情況下可以直接進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，具體安排如圖4-4所示。圖4-4任務(wù)調(diào)度程序設(shè)計5系統(tǒng)誤差分析5.1

系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括：(1)響應(yīng)時間。由于遠(yuǎn)程溫控遠(yuǎn)程軟件開發(fā)周期較短，只需要用戶下載并安裝即可運(yùn)行，因此要求界面友好、操作簡單且能長時間穩(wěn)定使用；而其他人對程序的了解并不多見。通過對比分析相關(guān)資料和文獻(xiàn)可知系統(tǒng)在啟動后可立即進(jìn)行溫度監(jiān)測與報警處理等功能鍵入退出工作狀態(tài)或等待設(shè)定值來實現(xiàn)報警、顯示以及學(xué)習(xí)控制。(2)容錯能力及抗干擾性能高：普通溫控遠(yuǎn)程軟件開發(fā)中，一般是在溫控室的溫度控制中使用閾值，當(dāng)環(huán)境條件變化時，就會有相應(yīng)的控制作用。本設(shè)計主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過設(shè)置不同模式下對數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行校驗和糾錯功能來保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定且不會出現(xiàn)串?dāng)_或信號中斷現(xiàn)象；利用單片機(jī)驅(qū)動蜂鳴器報警、LED燈指示當(dāng)前實時檢測到位置及溫控室溫度超過設(shè)定范圍自動啟動繼電器控制加熱風(fēng)扇降溫和升溫水浴等，以滿足用戶的需求并實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。5.2

測量原理遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)是通過遠(yuǎn)距離測量土壤環(huán)境信息的，其工作原理就是利用熱電效應(yīng)將溫度信號轉(zhuǎn)換成電流或電壓。由于在本系統(tǒng)中不需要進(jìn)行過循環(huán)交換能量。因此我們選擇的是閉合型紅外線發(fā)射二極管和紅外發(fā)射管作為檢測元件其中一個器件來完成對空間位置、距離等的測量，并實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)溫度值與光照強(qiáng)度等級；另外一種特殊功能是當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時可以通過自身電路內(nèi)的自鎖開關(guān)控制發(fā)光二極管工作狀態(tài)從而達(dá)到實時監(jiān)測目的。該系統(tǒng)在設(shè)計中主要有兩個部分組成，硬件電路和軟件程序。其中，硬件電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶模塊、溫度采集及顯示等外圍芯片。軟件則是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將處理結(jié)果通過藍(lán)牙傳輸?shù)竭h(yuǎn)程溫控系統(tǒng)的手機(jī)端用于戶主使用方便快捷地掌握家里環(huán)境信息實時變化；同時也可以實現(xiàn)用戶根據(jù)室內(nèi)情況調(diào)整其在設(shè)備上工作狀態(tài)從而達(dá)到控制終端設(shè)備運(yùn)行目的。本文介紹了遠(yuǎn)程溫控設(shè)計中采用AT89C51單片機(jī)作為整個系統(tǒng)主要芯片，該系統(tǒng)在設(shè)計中主要有兩個部分組成，硬件電路和軟件程序。其中，硬件電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶模塊、溫度采集及顯示等外圍芯片。軟件則是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將處理結(jié)果通過藍(lán)牙傳輸?shù)竭h(yuǎn)程溫控系統(tǒng)的手機(jī)端用于戶主使用方便快捷地掌握家里環(huán)境信息實時變化；同時也可以實現(xiàn)用戶根據(jù)室內(nèi)情況調(diào)整其在設(shè)備上工作狀態(tài)從而達(dá)到控制終端設(shè)備運(yùn)行目的。5.3

系統(tǒng)溫度對系統(tǒng)精度的影響整個系統(tǒng)的工作原理就是通過遠(yuǎn)程溫控器對溫度進(jìn)行控制。在設(shè)計的過程中，溫度傳感器會將采集到數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，然后單片機(jī)再根據(jù)命令與設(shè)置值之間存在線性關(guān)系輸出PWM脈沖信號給執(zhí)行器件(即主程序)來實現(xiàn)驅(qū)動三極管導(dǎo)通和關(guān)斷時間進(jìn)而達(dá)到啟動鍵或關(guān)閉鍵以及停止按鍵功能。6總結(jié)與展望6.1總結(jié)本設(shè)計主要完成一個遠(yuǎn)程溫控的系統(tǒng)，通過對溫度傳感器測量實時室內(nèi)溫度來控制單片機(jī)。本次畢業(yè)論文中，我查閱了大量相關(guān)資料。在這次課程設(shè)計過程中也遇到很多困難。但是經(jīng)過自己不斷地努力最終還是成功實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)：以STM32為核心控制芯片、用以太網(wǎng)模塊作為通信接口、使用C語言進(jìn)行編程以及完成實物焊接與調(diào)試等任務(wù)要求；最后通過反復(fù)的測試和查找各種問題并加以修改完善本次畢業(yè)論文所達(dá)到的基本功能，完成此次畢業(yè)論文。本次設(shè)計的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)，主要是通過通信模塊來對溫度進(jìn)行監(jiān)控，包括實時顯示、控制調(diào)節(jié)。6.2

展望本次畢業(yè)設(shè)計的課題為遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)。雖然在開始測試之前，只是對系統(tǒng)硬件和軟件方面做了一些簡單介紹，但是由于時間倉促，我的能力還很有限。對于這個項目也不是太成熟所以還有很多需要完善與改進(jìn)之處：首先是硬件方面，因為這個系統(tǒng)的核心就是軟件，所以我需要在單片機(jī)和液晶顯示屏上進(jìn)行簡單介紹。其次是軟件部分。最后一個模塊就是主控芯片子程序設(shè)計與實現(xiàn)過程中所涉及到的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)功能了：溫度采集、按鍵設(shè)置、聲光報警以及LCD顯示等內(nèi)容來對環(huán)境因素參數(shù)做出判斷并發(fā)送指令給終端設(shè)備(例如APP平臺)，同時也可以通過手機(jī)app客戶端和云端數(shù)據(jù)庫連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與交互。參考文獻(xiàn)[1]聶宵,徐廣平,房孝俊.基于STM32的高精度溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].激光與紅外,2020,50(1):4.[2]孟慶喜,陳紅,王錫淮,等.基于STM32的遠(yuǎn)程移動通信及無線溫控設(shè)計[J].2022(11).[3]嚴(yán)向文.基于STM32的醫(yī)用多路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)電技術(shù),2021(2):4.[4]楊秀秀,晏菁.基于STM32的多功能溫控風(fēng)扇設(shè)計[J].電子測試,2021(19):3.[5]謝凌菲.基于STM32的空間環(huán)模設(shè)備熱沉溫控系統(tǒng)設(shè)計[D].西北師范大學(xué),2020.[6]戴明、李軍科、孟召議.基于STM32處理器與Modbus/485協(xié)議的主軸電機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計[J].無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2020,20(4):6.[7]段英宏,肖燦,張昊杰,等.一種基于STM32的養(yǎng)殖場廠房溫度控制系統(tǒng):,CN211180678U[P].2020.[8]洪順利.基于ZigBee技術(shù)的人體感應(yīng)溫控風(fēng)扇設(shè)計[J].造紙裝備及材料,2020,49(1):2.[9]袁剛,徐俊,程明利,等.基于STM32的電鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].2022(11).[10]李浩正,陳良展,張騰.基于STM32單片機(jī)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].科學(xué)大眾：科技創(chuàng)新,2020(2):2.[11]劉紹麗,王獻(xiàn)合.基于STM32單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].2022(21).[12]劉奕雯,楊靈威,李奕,等.基于STM32的智能溫度控制系統(tǒng)[J].信息技術(shù)與信息化,2021(7):3.[13]呂英俊,于佩伶,張廣林,等.基于STM32的密閉系統(tǒng)溫度控制研究[J].2022(5).[14]張憲陽、謝邵春、丁黎明、舒薇、張宇凡.基于STM32的溫室大棚溫度控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2020(17):3.[15]孟穎,張貴陽,魏曉馬,等.基于STM32半導(dǎo)體制冷片溫控系統(tǒng)的設(shè)計[J].2022(21).[16]吳天春,丁茹.基于STM32單片機(jī)PID溫控學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計[J].2022(10).[17]趙丹丹,李紅指導(dǎo).基于STM32的遠(yuǎn)程廚房安全系統(tǒng)設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界,2021,28(11):3.[18]溫世堅,張偉波.基于STM32的遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)的設(shè)計[J].2022(5).[19]李鑫、張釗、黃炯、曾志嶸、程樹.基于STM32的汽車空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計[J].南方農(nóng)機(jī),2020,51(20):2.[20]莊婧昱,劉忠富.基于STM32的遠(yuǎn)程人體參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].2022(6).[21]劉正翔.基于STM32的生產(chǎn)線搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計[J].唐山師范學(xué)院學(xué)報,2020,42(3):5.[22]賈誠安,葉林,葛俊鋒,等.一種基于STM32和ADS1248的數(shù)字PID溫度控制系統(tǒng)[J].2022(11).[23]徐宇寶,林華,王子權(quán).基于STM32智能溫控自調(diào)速風(fēng)扇PID控制研究[J].2022(5).[24]李文濤,余福兵.基于STM32單片機(jī)的電阻爐智能溫度控制器的設(shè)計[J].2022(1).[25]張煜葵,吳濤,周穎,等.基于STM32的簡易靜力觸探采集系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制,2020.[26]李紅巖,劉韓飛,王偉峰,等.基于STM32的DFB氣體激光器驅(qū)動電路設(shè)計與實驗[J].西安科技大學(xué)學(xué)報,2021.[27]韋宏利,周建波,王晴悅,等.基于模糊PID的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2021,40(9):6.[28]張衛(wèi)鋒,劉致君,張燦祥.基于PID算法的疫苗保溫箱溫控系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)與數(shù)字工程,2021,49(7):6.[29]劉吉名,白小峰,何世安.基于位置式PID溫控系統(tǒng)設(shè)計[J].環(huán)境技術(shù),2020,38(6):5.[30]姚立平,劉偉章,吳文明,