【基于PID算法的加熱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)14000字（論文）】

概述2.1PID控制原理概述PID算法是控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛、實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單、且最能體現(xiàn)反饋思想的控制算法，對(duì)于行業(yè)內(nèi)的研究人員來(lái)說(shuō)，掌握和實(shí)現(xiàn)PID算法是最基本的要求。PID算法的控制執(zhí)行流程是非常簡(jiǎn)單的，即利用反饋信號(hào)來(lái)檢測(cè)偏差信號(hào)，并通過(guò)偏差信號(hào)來(lái)控制被控量。而控制器本身就是比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)的加和，如圖2-1所示比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)輸入輸出+輸入輸出+-執(zhí)行端積分調(diào)節(jié)-執(zhí)行端積分調(diào)節(jié)微微分調(diào)節(jié)檢測(cè)元件檢測(cè)元件圖2-1PID控制原理圖PID的比例、積分、微分調(diào)節(jié)：比例調(diào)節(jié)：將輸入的偏差輸入乘以系數(shù)，然后輸入，通過(guò)乘積的方式放大偏差的幅值；積分調(diào)節(jié)：由于比例積分的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)輸出會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，所以要加入積分調(diào)節(jié)，用來(lái)對(duì)時(shí)間積分來(lái)消減穩(wěn)態(tài)誤差；微分調(diào)節(jié)：微分調(diào)節(jié)反映的是偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，然后對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，從而達(dá)到提前調(diào)節(jié)的效果。根據(jù)圖2-1在特定時(shí)間t，此時(shí)輸入為r(t)，輸出為c(t)，于是偏差就可計(jì)算為,于是PID的基本控制規(guī)律就可以表示為如下公式： （2.1）其中是KP比例帶，TI為積分時(shí)間，比例用于對(duì)偏差做出反應(yīng)。只要有偏差，比例就會(huì)發(fā)揮作用。積分的主要功能是消除靜態(tài)誤差。所謂靜態(tài)誤差是指系統(tǒng)穩(wěn)定后輸入與輸出之間的差值，積分用于通過(guò)偏差的累積來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。微分是響應(yīng)偏差變化趨勢(shì)，根據(jù)偏差變化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)提前調(diào)整，提高反應(yīng)速度。如果要想讓PID算法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，就必須要將PID算法離散化。假設(shè)采樣周期為T，在第k個(gè)采樣周期時(shí)，系統(tǒng)偏差ek=rk?uk，積分為e （2.2）比例系數(shù)為KP，積分系數(shù)KI= （2.3）式2.3所表示的是位置式PID算法的離散描述公式。位置式PID的特點(diǎn)：位置式PID需要將所有的誤差值累加起來(lái)，這樣做的話，相較于增量式PID誤差會(huì)比較大；位置式PID適用于控制沒(méi)有積分調(diào)節(jié)部分的對(duì)象，靜態(tài)誤差較??；位置式PID需要將每次的偏差累加起來(lái)，對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，運(yùn)算工作量相較于增量式PID較大，并且如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，對(duì)于增量式PID來(lái)說(shuō)，由于其只與前兩次的偏差有關(guān)，所以影響較小，但是位置式PID來(lái)說(shuō)，直接對(duì)應(yīng)控制對(duì)象的輸出，所以系統(tǒng)影響相較于增量式PID的系統(tǒng)較大[2][3]。本設(shè)計(jì)使用的是對(duì)于狀態(tài)記錄要求不高的增量式PID算法，增量式PID的表現(xiàn)形式，計(jì)算出來(lái)的增量只跟最近三次的偏差值有關(guān)。式2.3描述了第K個(gè)采樣周期的結(jié)果，那么K?1時(shí)刻的結(jié)果可以表示為： （2.4）則： （2.5）式2.5表示的只是增量，如果要計(jì)算U(k)，則：U(k)=U(k?1)+?U(k)增量式PID的特點(diǎn)：（1）增量PID算法不需要累加，控制量增量的確定只與上次的偏差值有關(guān)，計(jì)算偏差的影響較弱；（2）增量PID算法獲得控制量的增量，對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)較??；（3）使用增量PID算法可以輕松地從手動(dòng)切換到自動(dòng)，而不會(huì)造成干擾。2.2本設(shè)計(jì)方案思路本設(shè)計(jì)以利用PID算法實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制為主要目的；以利用PID算法實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制為主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。在PID算法方面采用增量式PID實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控；在執(zhí)行和檢測(cè)端，低壓控制高壓，使用大功率加熱設(shè)備，保證其加熱速度；在無(wú)線傳輸及遠(yuǎn)程調(diào)控方面，采用藍(lán)牙模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，移動(dòng)端APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要涉及部分有執(zhí)行端低壓控制高壓的設(shè)計(jì)、增量式PID控制器設(shè)計(jì)、移動(dòng)端和STM32F103ZET6通信進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)交互、移動(dòng)端APP界面的設(shè)計(jì)制作。2.3研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵（1）低壓驅(qū)動(dòng)高壓：繼電器，IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）驅(qū)動(dòng)，雙向可控硅驅(qū)動(dòng)等；（2）PID算法研究；（3）藍(lán)牙無(wú)線傳輸及控制；（4）移動(dòng)端APP用戶交互界面的設(shè)計(jì)。2.4主要技術(shù)指標(biāo)（1）能夠檢測(cè)并顯示當(dāng)前環(huán)境溫度和被控物體溫度（本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為水溫控制）；

（2）當(dāng)被控物體溫度超出設(shè)定報(bào)警閾值范圍時(shí)，系統(tǒng)能檢測(cè)并進(jìn)行報(bào)警；

（3）利用PID算法實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控功能；

（4）具有無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，遠(yuǎn)程主控系統(tǒng)能檢測(cè)和控制被控物體溫度（要實(shí)現(xiàn)主控端）。2.5總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)目的為設(shè)計(jì)工作性能優(yōu)良的PID溫度控制系統(tǒng)，使得被測(cè)物體的溫度可以盡可能的穩(wěn)定在遠(yuǎn)程控制端的設(shè)定溫度值上。該系統(tǒng)的原理是在遠(yuǎn)程控制端連接藍(lán)牙并打開系統(tǒng)開關(guān)發(fā)送設(shè)定溫度值后，加熱系統(tǒng)開始工作，DS18B20溫度傳感器以及DHT11溫濕度傳感器傳輸數(shù)據(jù)至STM32F103ZET6，STM32F103ZET6對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果超過(guò)設(shè)定溫度，蜂鳴器工作，STM32F103ZET6通過(guò)藍(lán)牙模塊CC2541將實(shí)時(shí)溫度以及是否超溫傳輸至移動(dòng)端APP顯示。PID溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成框圖如圖2-2所示。該系統(tǒng)包括加熱與檢測(cè)模塊、計(jì)算機(jī)PID算法處理程序、數(shù)據(jù)處理和無(wú)線發(fā)送模塊、移動(dòng)端APP用戶交互等四部分。USB–串口液體USB–串口液體PIDPC端電熱絲電熱絲冷卻裝置串口溫度傳感器DS18B201-wire藍(lán)牙模塊串口溫度傳感器DS18B201-wire藍(lán)牙模塊CC2541STM32F103微處理器移動(dòng)端APP移動(dòng)端APP電源樹圖2-2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3硬件設(shè)計(jì)3.1STM32F103ZET6單片機(jī)3.1.1STM32F103ZET6STM32F103ZET6的性能非常好，主要是因?yàn)樗褂昧藘?nèi)置的內(nèi)核，型號(hào)是ARMCortex-M3，高速存儲(chǔ)操作系統(tǒng)，F(xiàn)LASH閃存高達(dá)512KB，另外還有64K的SRAM，充足的I/O接口以及連接到兩條APB總線的外圍設(shè)備。STM32F103ZET6包括三個(gè)12位ADC和四個(gè)通用ADC16位定時(shí)器和2個(gè)PWM定時(shí)器，包括標(biāo)準(zhǔn)和高級(jí)通信接口：2個(gè)I2C接口、3個(gè)SPI接口、2個(gè)I2S接口、1個(gè)SDIO接口、5個(gè)USART接口、1個(gè)USB接口和1個(gè)CAN接口[4]。STM32F103ZET6芯片正常工作的最低溫度為–40℃，最高溫度可以擴(kuò)展到+105°C，電源電壓為2.0V到3.6V，一系列的節(jié)能模式可確保滿足低功耗應(yīng)用的要求。在工業(yè)發(fā)展、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、醫(yī)用設(shè)備、便攜式設(shè)備、生物儀器設(shè)備、警報(bào)系統(tǒng)等領(lǐng)域都可以應(yīng)用STM32F103xx系列的大容量微控制器，如此廣泛的應(yīng)用都得益于其豐富的外設(shè)配置，由于不同的封裝方式，所以包括的外設(shè)配置也不同，其中STM32F103ZET6主要包括：供電方案：VDD為調(diào)壓器和通用I/O端口提供電源，值為2.0~3.6V。VDDA與VSSA為模擬電路以及ADC提供電源，值為2.0~3.6V。供電開關(guān)關(guān)上時(shí)，圖3-1供電方案啟動(dòng)和時(shí)鐘：?jiǎn)?dòng)時(shí)選擇系統(tǒng)時(shí)鐘。復(fù)位時(shí)，將8MHz的內(nèi)部RC振蕩器選擇為默認(rèn)處理器時(shí)鐘，之后可以選擇具有故障監(jiān)視功能的外部8MHz時(shí)鐘；當(dāng)檢測(cè)到外部時(shí)鐘故障時(shí)，它將被隔斷，并且系統(tǒng)將自動(dòng)切換到內(nèi)部RC振蕩器。如果啟用了中斷，則軟件可以接收相應(yīng)的中斷。同樣，可以在需要時(shí)采用全面管理PLL時(shí)鐘中斷（例如，在間接使用的外部振蕩器發(fā)生故障的情況下）；存儲(chǔ)器：512K字節(jié)的FLASH閃存和64K字節(jié)的SRAM,FLASH用于存放數(shù)據(jù)和程序，內(nèi)置SRAM，處理器可以以0個(gè)等待周期訪問(wèn)（讀/寫）；DMA：12路靈活的通用DMA（DMA1是7通道，DMA2是5通道），無(wú)論是從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、從存儲(chǔ)器到設(shè)備還是從設(shè)備到存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸都可以由這12路DMA完成處理；還有兩個(gè)DMA控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)管理，避免了控制器傳輸?shù)骄彌_區(qū)末端時(shí)的中斷?？梢允褂肈MA的外設(shè)有：串行外設(shè)接口SPI、串行傳輸總線I2C串行傳輸總線I2C：STM32F103ZET6擁有兩個(gè)I串行外設(shè)接口SPI：STM32F103ZET6擁有三個(gè)SPI接口，全雙工，同步，在主/從模式下，最高速率可達(dá)18M-bit/s，支持DMA操作；通用快速輸入輸出端口GPIO：STM32F103ZET6擁有112個(gè)GPIO接口，接口資源豐富，程控使用方便，功耗低，成本??；定時(shí)器：4個(gè)PWM波計(jì)時(shí)器、兩個(gè)6通道16位三相PWM定時(shí)器、兩個(gè)看門狗計(jì)時(shí)器、兩個(gè)16位計(jì)數(shù)器；通用串行總線USB：：STM32F103ZET6內(nèi)部具有一個(gè)2.0的高速標(biāo)準(zhǔn)USB總線。STM32F103ZET6芯片的模塊功能圖如圖3-2所示。圖3-2STM32F103ZET6模塊功能框圖3.1.2時(shí)鐘電路為了提供更準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)使用外部時(shí)鐘電路，該電路主要由晶體振蕩器，電容器和電阻組成。單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器在外部晶體振蕩器和電容器的作用下產(chǎn)生自激振蕩，并為單片機(jī)提供8MHz的正弦波信號(hào)。時(shí)鐘電路等效于單片機(jī)的核心，其每個(gè)節(jié)拍都控制著單片機(jī)執(zhí)行代碼的工作效率。當(dāng)振蕩緩慢時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行速度變慢，振蕩快時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行速度就快。外部時(shí)鐘電路如圖3-3所示。圖3-3外部時(shí)鐘電路3.1.3復(fù)位電路復(fù)位電路由合適的電阻、電容器和一個(gè)按鍵組成，相對(duì)簡(jiǎn)單。電容器的電壓是不能突然發(fā)生變化的，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí),STM32F103ZET6的RST腳將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)的高電平,并且，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的電容值來(lái)決定。當(dāng)STM32F103ZET6的RST腳檢測(cè)持續(xù)到持續(xù)到20us以上的高電平后，會(huì)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。電路圖如圖3-4所示。圖3-4外部復(fù)位電路3.1.4CH34OCH340是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口功能的轉(zhuǎn)接芯片，可以用于計(jì)算機(jī)USB擴(kuò)展，以及原有USB外設(shè)的升級(jí)，該芯片內(nèi)部含有單獨(dú)的數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖區(qū)，支持全部三種通信方式，在本設(shè)計(jì)中選為波特率115200通信?？梢栽?40攝氏度的環(huán)境溫度下正常工作，最高只能到85攝氏度。在3.3V和5V兩種電源電壓下均能正常工作，但是，在3.3V的工作電壓下，其他電路的工作電壓最高只能達(dá)到3.3V，不可超過(guò)3.3V。本設(shè)計(jì)中，使用該芯片通過(guò)添加電平轉(zhuǎn)換電路的方式，將USB口轉(zhuǎn)換為了輸出信號(hào)較弱的3線制（RXD、TXD、GND）RS232串口，電路圖如圖3-5所示。其中RXD、TXD為數(shù)據(jù)傳輸引腳，RXD為接收引腳，應(yīng)與單片機(jī)的發(fā)送引腳連接，同樣，TXD應(yīng)與單片機(jī)接收引腳相連，這樣才能做到收發(fā)從而進(jìn)行通信。圖3-5USB轉(zhuǎn)RS232串口電路圖CH340的特點(diǎn)：在3.3V和5V兩種電源電壓下均能正常工作，具有USB2.0及以上的高速外設(shè)接口，如圖3-5所示，外部元件只有簡(jiǎn)單的三極管和電阻電容，電路連接原理簡(jiǎn)單，使用時(shí)安全系數(shù)高，具有SSOP-20和SOP-16兩種封裝方式；具有非常標(biāo)準(zhǔn)的仿真串口，可以用于計(jì)算機(jī)USB的拓展，以及對(duì)原有USB外設(shè)的升級(jí)的任務(wù)，可以通過(guò)在外部電路添加電平轉(zhuǎn)換裝置，將USB轉(zhuǎn)換成RS232、RS485、RS422等多種串口，本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是轉(zhuǎn)換成RS232串口，如圖3-5電路所示，轉(zhuǎn)換電路相對(duì)簡(jiǎn)單；通信方式為全雙工通信，內(nèi)部具有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，通信范圍廣，完全支持國(guó)際紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的串行紅外通信協(xié)議，在PC端Windows操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，與調(diào)試普通串口所使用的串口調(diào)試工具不會(huì)產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，本次選用的串口調(diào)試工具是sscom串口調(diào)試工具，通訊波特率與普通串口設(shè)置一致，其他不需要任何修改，雖然該串口可以做到在應(yīng)用方面和普通串口相一致，但是它本質(zhì)上還是USB轉(zhuǎn)換成的串口，沒(méi)有辦法做到與普通串口完全相同。3.2電源電源部分中包含單片機(jī)為外設(shè)提供的5V電源，以及經(jīng)過(guò)線性穩(wěn)壓器得到的3.3V電源，還有給電熱絲供電的220V交流電。單片機(jī)直接利用USB獲取5V電源，只需用普通數(shù)據(jù)線將單片機(jī)與PC連接即可，然后單片機(jī)通過(guò)調(diào)壓電路得到3.3V電源，電路如圖3-6所示。圖3-63.3V電壓源該電路由CJA1117B穩(wěn)壓器，一個(gè)保險(xiǎn)絲以及幾個(gè)電容器組成，CJA1117B穩(wěn)壓器的最大輸入電壓為15V，最大工作電源電流為120uA，輸出電流為固定的3.3V。該電路將單向交流電通過(guò)穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。該電路同時(shí)具有保護(hù)電路，VCC為USB輸入的電壓，當(dāng)電路輸入電壓過(guò)高時(shí)，保險(xiǎn)絲就會(huì)熔斷，不會(huì)對(duì)穩(wěn)壓器和電源電路造成任何影響。大功率電熱絲加熱電源選擇的是日常生活中使用的220V交流電，通過(guò)PID算法輸出PWM波控制雙想可控硅驅(qū)動(dòng)電路的通斷來(lái)控制電路。3.3CC2541藍(lán)牙模塊CC2541藍(lán)牙模塊有兩種工作模式，分別是透?jìng)髂Ｊ胶椭彬?qū)模式，模塊連通后，要想通過(guò)BLE協(xié)議進(jìn)行監(jiān)控，就必須通過(guò)手機(jī)端特點(diǎn)APP掃描并成功連接。在透?jìng)髂Ｊ较?，STM32F103ZET6可以使用CC2541模塊的串口與手機(jī)端進(jìn)行交互，也可以使用串口AT指令來(lái)影響通訊。數(shù)據(jù)含義由上層應(yīng)用程序定義，手機(jī)端可以通過(guò)應(yīng)用程序?qū)懭霐?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將通過(guò)串口發(fā)送到用戶的處理器。一旦模塊從用戶的處理器串口接收到數(shù)據(jù)包，它將自動(dòng)將其發(fā)送到手機(jī)端，為了以這種方式進(jìn)行開發(fā)，用戶應(yīng)負(fù)責(zé)主處理器和手機(jī)端應(yīng)用程序的代碼設(shè)計(jì)。CC2541藍(lán)牙模塊所有的I/O外擴(kuò)，包括：6個(gè)雙向可編程I/O，兩個(gè)單向可編程輸出口，兩路14位ADC輸入，可以自由設(shè)置采樣周期，四路120Hz可編程PWM輸出。CC2541藍(lán)牙模塊的主要特點(diǎn)：高度集成的模塊，使用起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，即使對(duì)沒(méi)有使用任何藍(lán)牙模塊使用經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，通過(guò)簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)，也可正常使用，沒(méi)有任何障礙；通信串口與單片機(jī)上通用串口設(shè)計(jì)相一致，通信方式是全雙工雙向通信，且通信的波特率最低為9600bps，最高為115200bps，在開發(fā)中可以使用該模塊默認(rèn)的9600bps，也可自行設(shè)計(jì)，為滿足傳輸速率要求，本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)置的為115200bps；具有兩種工作模式，通用透?jìng)髂Ｊ?，該模式需要與單片機(jī)串口通信，還有直接驅(qū)動(dòng)模式，該模式下藍(lán)牙模塊不需要額外的單片機(jī)連接，只需給該模塊通電即可正常工作；在調(diào)試過(guò)程中，可以在串口調(diào)試助手中使用特定的AT指令，來(lái)完成相應(yīng)的命令需求，比如AT+NAME=<Param>（設(shè)置模塊名稱）、AT+RESET（復(fù)位）、AT+BAUD=<Param>（設(shè)置串口波特率）、AT+PIN<Param>（設(shè)置配對(duì)碼），除了這些還有設(shè)置藍(lán)牙連接間隔、獲取藍(lán)牙連接狀態(tài)等等指令，可以非常清楚的將該藍(lán)牙模塊的參數(shù)等信息顯示并更改，使用起來(lái)也非常簡(jiǎn)便；移動(dòng)端使用特定的藍(lán)牙調(diào)試APP可以完成特定AT指令需要完成的指令需求，比如移動(dòng)端藍(lán)牙調(diào)試APP設(shè)置模塊名稱，設(shè)置串口波特率，設(shè)置連接間隔，設(shè)置配對(duì)碼等等，并且可以遠(yuǎn)程復(fù)位；該模塊內(nèi)部含有一個(gè)8051微型處理器，具有256KBFLASH+8KBRAM,5通道DMA，3個(gè)通用定時(shí)器，以及一個(gè)8通道的12位ADC，2個(gè)UART，23個(gè)GPIO。CC2541藍(lán)牙模塊的功能框圖如圖3-7所示。圖3-7CC2541藍(lán)牙模塊功能框圖3.4DS18B20溫度傳感器本設(shè)計(jì)選用的DS18B20溫度傳感器為不銹鋼防水封裝外加一米1m傳感線，單總線1-wire連接，即能傳輸時(shí)鐘，又能雙向傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)約資源，便于開發(fā)，DS18B20溫度傳感器在連接時(shí)必須要連接一個(gè)可以使用的上拉電阻，所以我選擇連接一個(gè)轉(zhuǎn)換器。DS18B20溫度傳感器內(nèi)部部件主要有：（1）64位只讀存儲(chǔ)器，里面存儲(chǔ)有每個(gè)DSI8B20傳感器的序列號(hào)，前面8位是單線編碼，中間48位是特定的序列號(hào)，后面8位是CRC編碼；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器第0位和第1位是用來(lái)存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)的ROM，第2位和第3位是存儲(chǔ)TH和TL報(bào)警信號(hào)的EEPROM，第4位是用于配置位數(shù)的配置寄存器，剩下的幾位無(wú)法寫入；CRC字節(jié)作為DS18B2064位只讀存儲(chǔ)器的后8位存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。CRC碼由ROM的前56位按位計(jì)算得出的，并包含在只讀存儲(chǔ)器字節(jié)中。CRC是根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)計(jì)算得出的，因此，當(dāng)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)更改時(shí)，CRC也會(huì)更改?？偩€控制器讀取DS18B20時(shí)，CRC可以執(zhí)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證。檢查數(shù)據(jù)是否正確讀取，總線控制器應(yīng)使用接收到的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算CRC值和存儲(chǔ)在DS18B20中的64位ROM值（讀取只讀存儲(chǔ)器時(shí)）或DS18B20內(nèi)部計(jì)算的8位CRC值（讀取存儲(chǔ)器時(shí)）進(jìn)行比較。如果計(jì)算出的CRC值與讀取的CRC值相一致，則數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸[5]。DS18B20具體的功能方框圖如圖3-8所示[6]。圖3-8DS18B20方框圖DS18B20溫度傳感器的特點(diǎn)：?jiǎn)慰偩€接口，除了VCC與GND，只有一條數(shù)據(jù)線與單片機(jī)通信，簡(jiǎn)化了傳感器在各個(gè)方面的使用，DS18B20溫度傳感器可以正常工作在3.0V至5.5V的電源電壓下，其最低可以測(cè)量-55℃的溫度數(shù)據(jù)，最高可測(cè)量＋125℃的溫度數(shù)據(jù)，精度為±5℃在-10?＋85℃范圍內(nèi)[7]；溫度傳感器可編程的測(cè)量位為9到12位，DS18B20通過(guò)單一數(shù)據(jù)接口發(fā)送或接收信息，因此除了VCC與GND，只有一條數(shù)據(jù)線與單片機(jī)通信，DS18B20可以直接從單根信號(hào)線獲取電源，而無(wú)需外部電源，如果將電源與接地接反的話，芯片不會(huì)燒掉，但是該傳感器會(huì)失去作用，并且讀數(shù)將會(huì)一直是85攝氏度[8]；DS18B20在讀取溫度時(shí)一共讀取16位數(shù)據(jù)，前面五位數(shù)據(jù)位是符號(hào)位，如果這五位數(shù)據(jù)位為0的話，溫度為正數(shù)，反之，當(dāng)這五位數(shù)據(jù)位為1時(shí)，溫度為負(fù)數(shù)。溫度為正時(shí)，需要將溫度數(shù)據(jù)16進(jìn)制輸轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，但是，當(dāng)溫度為負(fù)數(shù)是，則需要將溫度數(shù)據(jù)16進(jìn)制數(shù)取反，然后再加一，最后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制[9]；由于DS18B20單總線的特性，以及其內(nèi)部只讀寄存器的作用，可以使的多個(gè)DS18B20作用于一條總線上，DS18B20可以應(yīng)用于大多數(shù)溫控電路，由于其精確度很高，可以應(yīng)用于高精度的溫度測(cè)量電路里，還有就是很多家用電器上，比如冰箱，空調(diào)等等[10]。DS18B20溫度傳感器的電路連接圖如圖3-9所示。圖3-9DS18B20電路連接圖圖中R4為4.7k的上拉電阻。3.5DHT11溫濕度傳感器本設(shè)計(jì)需要檢測(cè)環(huán)境溫濕度，所以選用溫濕度一體化的DHT11溫濕度傳感器，它由三部分組成一個(gè)電阻式感濕元件，一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)感溫元件以及一個(gè)與兩個(gè)元件相連的8位單片機(jī)。和DS18B20一樣該傳感器也是單總線1-wire通信，所以它對(duì)資源的占用很少，數(shù)據(jù)傳輸很準(zhǔn)確，功耗也很低，其在3.5V的電壓下可以正常工作，最高可擴(kuò)展到5V，正常工作時(shí)電流為0.5毫安，采樣周期是1S，20到90％RH為電阻式感濕元件的測(cè)量范圍，而負(fù)溫度系數(shù)感溫元件的測(cè)量范圍從最低0到最高50攝氏度[11]。該模塊使用簡(jiǎn)單，只需與單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接就能使用,如圖3-7所示，1引腳VCC接電源，4引腳GND接地，2引腳與單片機(jī)連接，3引腳不連接。如圖3-10所示。圖3-10DHT11連接電路圖圖中R5為4.7k的上拉電阻。DHT11溫濕度傳感器的特性：由于DHT11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以確保該傳感器有著很可靠的性能以及優(yōu)秀的穩(wěn)定性，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。單總線通信方式也是使其獲得優(yōu)越性能的原因之一，單總線使得傳感器集成相對(duì)簡(jiǎn)單，由于DHT11為4針單插的封裝方式，除了電源與接地引腳外只有一個(gè)引腳與單片機(jī)相連，連接簡(jiǎn)便，體積也相對(duì)較小，功耗也較低，但是在電路中需要連接一個(gè)上拉電阻來(lái)確保電路穩(wěn)定性；DT11在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，與DS18B20不同的是，該傳感器一次讀取5個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式位一字節(jié)的濕度正數(shù)數(shù)據(jù)+一字節(jié)濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+一字節(jié)的溫度正數(shù)數(shù)據(jù)+一字節(jié)濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+一字節(jié)的校驗(yàn)和數(shù)據(jù)，校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為前面四個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)相加。后面得到的相對(duì)濕度數(shù)據(jù)為第一個(gè)字節(jié)加上第二個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，同理，溫度數(shù)據(jù)也可以算出，傳感器每次讀取的數(shù)據(jù)都是上一次的測(cè)量數(shù)據(jù)，要想獲得本次的數(shù)據(jù)，需要連續(xù)但間隔不應(yīng)太短的讀取兩次數(shù)據(jù)[12]；由于DHT11優(yōu)秀的性能已集齊穩(wěn)定性，在現(xiàn)實(shí)生活已經(jīng)工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，尤其是比較苛刻的應(yīng)用環(huán)境，比如在氣象站，家電，醫(yī)療設(shè)備等等方面。單片機(jī)讀取DHT11數(shù)據(jù)主要分為四個(gè)步驟：傳感器通電，檢測(cè)數(shù)據(jù)，保持DATA引腳為輸入模式，檢測(cè)外部輸入；單片機(jī)輸出低電平，后改為高電平，傳感器發(fā)送信號(hào)；傳感器檢測(cè)到單片機(jī)輸出低電平時(shí)，DATA引腳變?yōu)檩敵瞿Ｊ?，先輸出低電平信?hào)，然后輸出高電平信號(hào)，提示單片機(jī)接收數(shù)據(jù)；傳感器輸出40位數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收并進(jìn)行后續(xù)處理。3.6電熱絲及其驅(qū)動(dòng)電路電熱絲選用電源電壓為220V，額定輸入功率為2500w的大功率電熱絲，可以保證加熱速率，因?yàn)樵赑ID算法控制過(guò)程中需要控制電熱絲的通斷，現(xiàn)實(shí)生活中所用到都是220V交流電，直接控制很難做到，而弱電工作電壓小，頻率高，功率小，所以，本設(shè)計(jì)選擇通過(guò)單片機(jī)的5V弱電來(lái)控制220V強(qiáng)電，在控制時(shí)為了控制控制加熱電路的通斷，需要用到繼電器或者雙向可控硅等驅(qū)動(dòng)電路，本設(shè)計(jì)選擇的是光耦和雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路，電路較為簡(jiǎn)單，只需一個(gè)光耦，一個(gè)雙向可控硅以及一個(gè)74LS00與非門，電路圖如圖3-11所示。圖3-11光耦和雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路該電路中，光耦選擇雙向可控光耦MOC3061,該光耦內(nèi)部由紅外發(fā)光二極管和一個(gè)單片硅以及一個(gè)過(guò)0檢測(cè)器組成，封裝為6引腳直插式封裝，引腳1連接高電平，引腳2連接低電平，引腳3和引腳5不做連接，引腳4和引腳6為輸出引腳，具體原理圖如圖3-12所示。圖3-12MOC3061內(nèi)部原理圖MOC3061可以與單片機(jī)直接相連，當(dāng)電信號(hào)輸入進(jìn)入時(shí)，砷化鎵紅外發(fā)光二極管在電流作用下發(fā)出紅外線，過(guò)零檢測(cè)器檢測(cè)電壓是否為0或接近為0，紅外線觸發(fā)輸出部分的雙向可控硅通斷。MOC3061可以在-40攝氏度到85攝氏度內(nèi)正常工作，正向電流為60毫安，反向電壓為6V，功耗很小為120毫瓦，圖3-13為具體的數(shù)據(jù)參數(shù)，滿足電熱絲驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)需求。圖3-13詳細(xì)參數(shù)電路另外一部分為雙向可控硅，我選擇的是MAC8DG雙向可控硅，MAC8DG器件結(jié)構(gòu)圖3-14所示，從原路圖上看，MAC8DG可以看成是兩個(gè)普通可控硅的組合，但在其內(nèi)部，具有7個(gè)晶體管以及很多電阻，引腳MT1,MT2為主端子，引腳G為柵極。圖3-14MAC8DG器件圖從圖3-10中可以看出，MAC8DG雙向可控硅的柵極與MOC3061的輸出端相連，當(dāng)柵極（G極）接收到高電平信號(hào)時(shí)，可以在任何一個(gè)方向?qū)?，主端子MT1，MT2不再有具體的陽(yáng)極，陰極的劃分，而是判斷G極與主端子極相對(duì)于另外一個(gè)主端子極電壓的正負(fù)，如果為正，則前者為陽(yáng)極，后者為陰極，反之，后者為陽(yáng)極，前者為陽(yáng)極。圖3-15為MAC8DG雙向可控硅的具體電路參數(shù)，400V類型，通態(tài)電流為8安培，可以滿足2500W電熱絲設(shè)計(jì)。圖3-15MAC8DG具體電路參數(shù)3.7蜂鳴器報(bào)警電路在本設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)中，需要達(dá)到超溫報(bào)警的要求，報(bào)警的方式有很多種，其中以聲音報(bào)警和光閃報(bào)警警示作用最為明顯，在這兩種報(bào)警方式中，本設(shè)計(jì)選擇聲音報(bào)警，其中較為簡(jiǎn)單的是單音頻報(bào)警電路，即由三極管做驅(qū)動(dòng)的壓電式蜂鳴器報(bào)警電路，電路圖如圖3-16所示。圖3-16報(bào)警電路蜂鳴器以直流電壓供電，可以直接連接在單片機(jī)5V電源上，且需要10毫安的驅(qū)動(dòng)電流。本電路選用較為常見的NPN三極管S8050作為驅(qū)動(dòng)，具體參數(shù)如圖3-17所示。集電極接VCC，發(fā)射極接蜂鳴器，基極接單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通為蜂鳴器通電，蜂鳴器報(bào)警，反之，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止報(bào)警。圖3-17S8050具體電路參數(shù)4軟件設(shè)計(jì)4.1總體方案本課題是一種基于PID算法的加熱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，按照本設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)及研究方向，軟件部分主要涉及到以下幾個(gè)模塊：（1）主程序模塊；（2）DS18B20溫度采集程序模塊；（3）DHT11采集環(huán)境溫濕度程序模塊；（4）報(bào)警處理程序模塊；（5）增量式PID溫度算法模塊；（6）溫度控制模塊；（7）藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸程序模塊。總體方案為首先移動(dòng)端APP進(jìn)行溫度閾值的設(shè)定和發(fā)送，開關(guān)打開，DS18B20讀取溫度數(shù)據(jù)，STM32F103ZETT6判定溫度是否大于溫度閾值，如果大于溫度閾值，單片機(jī)輸出高電平，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警。如果沒(méi)有超出溫度閾值，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行PID算法處理后，更改PWM值，控制電熱絲通斷，通過(guò)藍(lán)牙模塊實(shí)時(shí)傳輸加熱溫度。4.2程序流圖圖4-1系統(tǒng)總程序流圖4.3模塊說(shuō)明4.3.1主程序模塊主程序模塊主要是對(duì)STM32F103ZET6單片機(jī)及其串口初始化，以及創(chuàng)建系統(tǒng)整體框架，初始化完成后，移動(dòng)端設(shè)定溫度，完成后，檢測(cè)開關(guān)是否打開，系統(tǒng)開始運(yùn)行，調(diào)用各個(gè)模塊，包括DS18B20溫度采集模塊、DHT11溫濕度采集模塊、超溫報(bào)警模塊、增量式PID控制器模塊、加熱模塊等。程序流程圖如4-2所示。圖4-2主程序流程圖4.3.2DS18B2O溫度采集模塊DS18B20溫度采集模塊主要負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集，并且將溫度數(shù)據(jù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給STM32F103ZET6單片機(jī)，單片機(jī)將溫度數(shù)據(jù)與溫度閾值比較，判斷有沒(méi)有超溫，并將有無(wú)超溫狀態(tài)以及實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，打包成數(shù)據(jù)包通過(guò)藍(lán)牙發(fā)給移動(dòng)端顯示。圖4-3溫度采集模塊4.3.3DHT11溫濕度采集模塊DHT11溫度采集模塊主要負(fù)責(zé)環(huán)境溫濕度采集，與DS18B20相同，將溫度和濕度模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送至移動(dòng)端顯示。如圖4-4所示。圖4-4DHT11工作流圖4.3.4藍(lán)牙無(wú)線傳輸程序模塊藍(lán)牙模塊主要負(fù)責(zé)單片機(jī)與移動(dòng)端之間的通信與數(shù)據(jù)收發(fā)，移動(dòng)端APP將數(shù)據(jù)打包通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)紺C2541模塊，CC2541再通過(guò)串口與單片機(jī)進(jìn)行通信。在使用藍(lán)牙模塊時(shí)，要先將串口以及藍(lán)牙模塊都進(jìn)行初始化，如果是第一次使用的話，要配置藍(lán)牙模塊的藍(lán)牙參數(shù)，波特率為115200bps，配置完成后，該藍(lán)牙模塊在周圍搜尋藍(lán)牙設(shè)備，嘗試建立連接，連接完成后，先進(jìn)行復(fù)位，設(shè)置藍(lán)牙模塊波特率為115200bps，在完成以上步驟后，藍(lán)牙設(shè)備就可以通過(guò)藍(lán)牙與單片機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信，或者使用移動(dòng)端上藍(lán)牙調(diào)試APP來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，藍(lán)牙調(diào)試APP通過(guò)數(shù)據(jù)包的方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，具體的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)試在下文會(huì)詳細(xì)解釋。圖4-5藍(lán)牙模塊流圖4.3.5增量式PID控制算法程序本設(shè)計(jì)選用的PID算法為增量式，這種控制方法本次的采樣輸入為控制器上一次的輸出，計(jì)算出兩次的偏差e(n)=r(n)-c(n),得到偏差后，利用已知的比例系數(shù)KP，積分系數(shù)KI=KPTTI,微分系數(shù)圖4.6增量式PID算法程序流圖PID控制器程序代碼如圖4-7所示。圖4-7PID控制器程序代碼從圖4-7可以看出，首先對(duì)PID控制器初始化，PID控制器通過(guò)調(diào)節(jié)PWM波的占空比來(lái)決定加熱的速率，當(dāng)實(shí)際溫度比設(shè)定溫度低2攝氏度及以上時(shí)，PWM波占空比賦值為100，全速加熱，當(dāng)實(shí)際溫度比設(shè)定溫度低在2攝氏度以內(nèi)時(shí)，PWM波的占空比會(huì)隨著實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的差值的減小而慢慢減小，控制加熱器不停通斷加熱，直到溫度數(shù)據(jù)穩(wěn)定，PWM占空比為0，停止加熱。4.3.6報(bào)警處理程序當(dāng)溫度傳感器讀取實(shí)際溫度后，將實(shí)際溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙上傳超溫警告并輸出高電平，導(dǎo)通三極管，蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警流程圖如圖4-8所示。圖4-8蜂鳴器流程圖5制作與調(diào)試5.1硬件電路制作5.1.1總體特點(diǎn)（1）原理比較簡(jiǎn)單，但是由于STM32芯片體積有點(diǎn)小，且焊接引腳排布有點(diǎn)密集，自己焊接的話難度過(guò)大，所以選用STM32最小系統(tǒng)核心板，并且其他電路器件都是可以買到的集成模塊。（2）由于電路較為簡(jiǎn)單，且考慮到設(shè)計(jì)成本以及個(gè)人能力方面，電路大部分器件都是已經(jīng)集成的模塊，大部分電路都是與單片機(jī)用連線相連就可使用，不需要太多的焊接。5.1.2電路劃分電路主要?jiǎng)澐譃閱纹瑱C(jī)控制電路和加熱電路：控制電路主要是STM32F103ZET6單片機(jī)以及藍(lán)牙模塊，DS18B20傳感器，DHT11溫濕度傳感器，蜂鳴器等等其他外設(shè)；加熱電路主要包括大功率電熱絲以及其驅(qū)動(dòng)電路；5.2使用工具5.2.1STM32CubeMXSTM32CubeMX是一個(gè)ST公司推出的配置工具，可以非常輕松配置STM32微處理器和微控制器，并且生成初始化C代碼。（1）需要新建工程，選擇所需的STM32微處理器或者控制器，以及后面需要用到的開發(fā)平臺(tái)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是STM32F103ZET6微處理器，后續(xù)開發(fā)平臺(tái)選用的是該公司的KeiluVision5。（2）為整個(gè)系統(tǒng)配置GPIO，為外圍設(shè)備分配引腳，包含有引腳沖突自動(dòng)解決，功耗計(jì)算以及以及外圍電路實(shí)用程序等功能。具體引腳設(shè)置如圖6-1所示圖5-1STM32CubeMX引腳設(shè)置（3）配置時(shí)鐘，具有時(shí)鐘設(shè)置幫助器，具體使用內(nèi)部晶振還是外部晶振，要看實(shí)際情況，外部晶振為8MHz，內(nèi)部晶振同樣也為8MHz內(nèi)部具體配置如圖5-2所示。圖5-2時(shí)鐘配置（4）經(jīng)過(guò)上面的圖形配置，我們就可以點(diǎn)擊CREATECODE生成初始化代碼，生成工程后，找到main.c，打開就可以開始自己的功能設(shè)計(jì)。使用該配置工具可以節(jié)省一些需要我們查閱資料的時(shí)間，把更多的時(shí)間放在功能設(shè)計(jì)上，同時(shí)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，容易上手。5.2.2KeiluVision5KeiluVision5是由ARM公司推出的一款嵌入式開發(fā)軟件，專門為基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9微型處理器設(shè)計(jì)，提供了一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境，功能強(qiáng)大，安全性較高，能夠滿足大多數(shù)的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)使用。當(dāng)STM32CubeMX完成配置后，在ProJectManager下找到Toolschain選擇MDK-ARM以及其系列版本，完成后就可以點(diǎn)擊CREATECODE生成工程文件，其中有初始化代碼。打開對(duì)應(yīng)路徑上的文件夾，其中MDK-ARM文件中有剛剛生成的Keil文件，對(duì)工程進(jìn)行必需的配置，以及添加自己所需的代碼。編譯與下載，編譯完成，如果沒(méi)有錯(cuò)誤的話，就會(huì)生成.HEX文件，該文件就是我們要下載進(jìn)單片機(jī)里的文件，最后通過(guò)專門的下載工具進(jìn)行下載，我選擇的是FlyMcu下載器，下載完成后要進(jìn)行復(fù)位，開發(fā)板才能正確使用。5.3調(diào)試為了防止電路調(diào)試過(guò)程太過(guò)繁雜，以至于無(wú)法發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)發(fā)生錯(cuò)誤的地方，所以將電路各個(gè)模塊分開調(diào)試，主要有溫度讀取模塊調(diào)試，藍(lán)牙模塊調(diào)試，加熱模塊調(diào)試，移動(dòng)端APP遙控器設(shè)計(jì)。5.3.1藍(lán)牙模塊調(diào)試由于所有數(shù)據(jù)都要通過(guò)藍(lán)牙傳輸至移動(dòng)端APP顯示，所以在其他模塊調(diào)試之前進(jìn)行調(diào)試。藍(lán)牙模塊調(diào)試，可以準(zhǔn)確地確定藍(lán)牙模塊是否有問(wèn)題，如果是第一次使用要對(duì)藍(lán)牙模塊的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行配置，比如波特率等等，藍(lán)牙模塊無(wú)法直接與PC端進(jìn)行通信，在配置完成后通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340，該芯片在本文3.1.4已詳細(xì)介紹，藍(lán)牙模塊可以與PC端通信，從而可以單獨(dú)對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行調(diào)試。單片機(jī)與藍(lán)牙模塊調(diào)試在藍(lán)牙模塊配置完成后，可以讓藍(lán)牙模塊與單片機(jī)連接，通過(guò)單片機(jī)的串口USART1_TX與USART1_RX，兩個(gè)串口分別是發(fā)送和接收串口，USART1_RX接收藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)，USART1_TX將數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦，調(diào)試的時(shí)候，要使用PC端串口調(diào)試助手，通過(guò)收發(fā)數(shù)據(jù)，檢測(cè)兩個(gè)串口是否有問(wèn)題，然后使用移動(dòng)端連接藍(lán)牙模塊，使用移動(dòng)端APP發(fā)送數(shù)據(jù)，觀察串口調(diào)試助手是否顯示正常。5.3.2溫度數(shù)據(jù)讀取模塊調(diào)試將DS18B20溫度傳感器與DHT11溫濕度傳感器分別與單片機(jī)正確連接，將DS18B20與DHT11分別放置在不同的測(cè)試環(huán)境讀取數(shù)據(jù)，溫度傳感器讀取被測(cè)液體數(shù)據(jù)，溫濕度傳感器讀取環(huán)境溫度，兩個(gè)傳感器將數(shù)據(jù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳送至單片機(jī)，由于藍(lán)牙模塊已調(diào)試完成，單片機(jī)程序?qū)?shù)據(jù)打包通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送至移動(dòng)端APP顯示，觀察數(shù)據(jù)是否正常，有無(wú)太大的誤差。5.3.3加熱模塊調(diào)試以上部分調(diào)試完成后，開始對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，這部分調(diào)試主要是觀察加熱電路能否正常完成加熱任務(wù)，即經(jīng)過(guò)PID算法控制后輸出的PWM波能否使電熱絲按照我所需要的加熱速率，加熱方式以及最后的穩(wěn)定溫度所工作，由于沒(méi)有完成移動(dòng)端APP控制程序，所以先將設(shè)定值指定，然后經(jīng)過(guò)加熱，驗(yàn)證PID算法和報(bào)警電路的完整性，觀察穩(wěn)定后的溫度，更改PID參數(shù)，直到溫度誤差較小，具體數(shù)據(jù)如表5-1所示。表5-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與誤差設(shè)定溫度/℃實(shí)際溫度/℃誤差/℃4039.630.375049.760.246059.550.457069.460.548079.850.155.4遠(yuǎn)程遙控設(shè)計(jì)由于要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，需要在移動(dòng)端進(jìn)行調(diào)試，包括設(shè)定溫度值，系統(tǒng)開關(guān)等等，由于對(duì)Android得應(yīng)用程序設(shè)計(jì)不太了解，所以選用以設(shè)計(jì)好的APP“藍(lán)牙調(diào)試器”進(jìn)行遙控器界面設(shè)計(jì)，該APP在調(diào)試模式下采用了非常簡(jiǎn)單的協(xié)議來(lái)確保傳輸?shù)姆€(wěn)定性，即每次發(fā)送數(shù)據(jù)是都是要將要發(fā)送的數(shù)劇進(jìn)行打包，在數(shù)據(jù)兩邊加入包頭、檢驗(yàn)、包尾字節(jié)以避免傳輸過(guò)程中的混亂，數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)類型如圖5-3所示。圖5-3數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)類型本次設(shè)計(jì)所需的遠(yuǎn)程遙控器界面設(shè)計(jì)如圖5-4所示。其中超溫、實(shí)溫、設(shè)溫、室溫、濕度均為接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型分別為bool、float、float、byte、byte，確認(rèn)鍵是按鈕控件，數(shù)據(jù)類型為bool型發(fā)送數(shù)據(jù)，按下時(shí)數(shù)值為1，松開時(shí)為0，開關(guān)同樣是bool型發(fā)送數(shù)據(jù)，打開時(shí)數(shù)值為1，關(guān)閉時(shí)為0，設(shè)置時(shí)要確認(rèn)已經(jīng)在數(shù)據(jù)包，即“數(shù)據(jù)分配”界面中添加了這些變量。圖5-4遙控器界面6結(jié)論本設(shè)計(jì)方案達(dá)到了任務(wù)書的要求，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前環(huán)