基于 STM32及 PID-PWM 的智能水温监控系统设计开题报告

 2022-11-25 14:18:45

1. 研究目的与意义

背景:随着国民经济的发展,温度控制系统.不仅可以广泛应用于工业、农业中,而且还和人们的日常生活息息相关,在工业中,电站锅炉和供热锅炉大量存在,且大多数锅炉处于能耗高、浪费大和环境污染等生产状态,采用温度控制系统就能提高热效率和降低能耗、保护环境。

在农业上,温室大棚采用温度控制系统,对于温度的有效控制,不仅可以节省资源而且还可以保证农作物有良好的生长环境,可以有效提高农作物产量。

在人们的日常生活中,人们也可以利用温度控制系统去控制洗澡水的温度等,以此来方便人们的生活。

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2. 课题关键问题和重难点

本课题主要开发一个基于 STM32及 PID-PWM 的智能水温监控系统。

课题的关键问题是如何使用STM32单片机, DS18B20 芯片的防水型水温探测传感器和利用 PID 算法控制脉冲宽度调制( PWM) 占空比进行智能加热水温闭环控制,并利用TFT 液晶屏监控控制水温监测的过程,达到水温温度控制在-25-100℃ 区间且误差不超过1%的设计目标。

要解决的主要难点有: (1)根据设计指标要求完成设计PIDPWM算法及控制,使用积分调节保证系统的快速性,微分调节可提高控制精度;(2)根据设计指标要求完成系统的硬件设计与实现,包括前向通道;STM32单片机与目标温度设定模块的两个独立按键的接口设计,STM32单片机与温度传感器DS18B20的接口设计,后向通道:由供电电源,加热器控制电路及加热器与单片机STM32的接口;人机交互通道:利用STM32串口通信发送数据串口至PC端,利用调试助手软件在TFT液晶显示屏上显示。

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3. 国内外研究现状(文献综述)

通过对基于 STM32及 PID-PWM 的智能水温监控系统设计课题的研究和对部分书籍文献的查阅,我了解到温度是工业控制中的主要被控参数之一,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械石油等工业中,具有举足轻重的作用。

随着国民经济的发展,温度控制系统.不仅可以广泛应用于工业、农业中,而且还和人们的日常生活息息相关,通过参考《基于Modbus-RTU通信的温室环境智能监控系统设计》,我知道了在工业中,电站锅炉和供热锅炉大量存在,且大多数锅炉处于能耗高、浪费大和环境污染等生产状态,采用温度控制系统就能提高热效率和降低能耗、保护环境[1]。

又阅读了《基于STC89C52的温室大棚温湿度控制器》,知道了在农业上,温室大棚采用温度控制系统,对于温度的有效控制,不仅可以节省资源而且还可以保证农作物有良好的生长环境,可以有效提高农作物产量[2]。

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4. 研究方案

根据要求,确定如下方案:本设计由STM32单片机最小系统按键目标温度设置模块、防水型DS18B20温度检测模块、TFT液晶显示屏控制模块、MOSFET控制的防水型加热器模块、串口通信模块构成。

本系统是集水温信号采集、处理、显示、调节为一体的智能水温闭环控制系统,。

系统构成框图如下图所示。

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5. 工作计划

第 1 周 接受任务书,领会课题含义,按要求查找相关资料;第 2 周 阅读相关资料,理解有关内容;第 3 周 翻译相关英文资料,提出拟完成本课题的方案,写出相关开题报告一份;第 4 周 确定温度传感器,参阅有关资料,分析采集调理电路工作原理;第 5 周 参阅有关资料,理解PID 算法,设计PID 算法软件;第 6 周 阅读有关stm32设计方面的资料,设计stm32扩展电路,设计加热电路;第 7 周 确定并绘制stm32系统电路,分析stm32扩展电路工作原理;第 8 周 理解温度传感器模块使用要求,设计控制软件框图;第 9 周 设计软件程序;第10周 硬件制作/完善软硬件设计;第11周 软硬件联调/软件调试;第12周 进行毕业设计说明书写作,填写业务总结,接收验收成果,接受答辩资格审查;第13周 准备参加答辩;

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