论文总字数：24347字

摘 要

本设计针对测量仪表对于温度敏感的问题，采用了ARM单片机技术，热敏电阻测温技术等来实现恒温系统的控制，用单片连接数码管来显示温度。通过热敏电阻测量当前电路板的温度。根据当前温度和设定温度设定制冷片的驱动电压和极性，传输给单片机进行比对，然后通过PID算法，输出PWM波给H桥驱动电路，在恒温器内温度高于设定温度情况下，对恒温空间制冷，而在温度低于设定温度则对其制热，然后通过控制电路给TEC加热制冷的时间，对温差进行实时精确调节。本设计分为硬件设计和软件设计，在硬件设计方面，设计了最小系统电路，温度测量电路，电源电路，驱动控制电路，显示电路。在软件方面配合硬件完成温度采集，模数转换，PID控制PWM的输出，来实现温度和设置温度趋于一致并稳定。

关键词: 单片机 PID 温度控制 AD采集

The hardware design of wireless remote control communicating with computer

Abstract

Aiming at the problem that the measuring instrument is sensitive to temperature, this design uses arm single chip microcomputer technology and thermistor temperature measurement technology to realize the control of the constant temperature system, and uses a single chip connected to digital tube to display the temperature. The temperature of the current circuit board is measured by a thermistor. The driving voltage and polarity of the cooling plate are set according to the current temperature and the set temperature, which are transmitted to the singlechip for comparison, and then PWM wave is output to the h - bridge driving circuit through the PID algorithm. under the condition that the temperature in the thermostat is higher than the set temperature, the constant temperature space is cooled, while under the condition that the temperature is lower than the set temperature, it is heated, and then the temperature difference is accurately adjusted in real time through the time when the control circuit heats .

Keywords: Single-chip Microcomputer; Measurement; Wireless Communication

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究的背景以及意义 1

1.2温度控制发展现状 1

1.3课题的研究目的和内容 2

第二章 系统总体方案设计与论证 3

2.1温度传感器方案论证 3

2.2 控制模块方案论证 5

2.3显示模块方案论证 6

2.4模数转换方案论证 6

2.4模数转换方案论证 7

第三章 系统硬件设计 8

3.1 主控制系统设计 8

3.1.1 STM32F407单片机 8

3.1.2定时器 9

3.1.3模数转换器 9

3.2 温度采集电路设计 10

3.3 显示电路的设计 11

3.4驱动电路设计 12

3.5 电源系统设计 13

3.6单片机电路设计图 15

第四章 软件设计 16

4.1 主程序设计 16

4.2温度采集程序设计 18

4.3 驱动加热制冷模块程序设计 19

4.4 显示模块程序设计 20

第五章 测试与总结 22

参考文献 23

致谢 24

附录 25

第一章 绪论

1.1研究的背景以及意义

温度的测量和控制在当今社会中的各个领域有着越来重要的作用，从工业应用，物理分离物体，养殖业，畜牧业，冷冻库，粮仓，医疗卫生等方面，到热水器，制冷器，空调，等方面都得到了广泛的应用。让我们的生活也更加便捷舒适。

现代化发展越来越快，在生产生活方面，人们需要对温度进行必要的控制，在工业生产中，需要在塑料生产出来后定格，实时监控对锅炉反应炉加工炉等等中的温度已经对其进行一定的控制。温度是一种常遇到的物理量，在生产和生活中都不可避免而且，温度在不同的场合，对其控制有着不同的方式，在工厂生产的时候，有时候人们没办法直接靠近设备。目前很多的控制精度低，耗费大，控制缓慢，与需要的的控制能力相去甚远，更不用说需要精确控制的一些行业了。在这里我们使用单片机来控制设计的温度恒温控制系统采，这样的控制方式可以降低控制难度，提高了控制的精度，降低了所需要的成本，提高了生产的效率，还可以和计算机通信，功能更加的全面。基于以上生产生活的需要，这个系统就很有意义。本课题针对测量仪器对温度敏感的问题，设计了基于半导体制冷的恒温装置^[1]。通过热敏电阻测量当前电路板的温度。然后通过单片机实现对驱动电路的控制，实时监测，完成对半导体制冷片的控制，最终使温度趋于达到理想状态。

选择这次毕业设计课题的主要目的是，让我把学到的学以致用，增加实践动手能力，可以了解设计一个完整系统的过程，去选择每个部分的最佳方案，更好的设计，并且串联每个部分。通过设计基于单片机的温度恒温控制系统，知道了采集温度的方法，模数转换的应用，驱动控制加热制冷系统，提高实践动手能力。有意识的培养自己在工程项目中所需要的能力。设计电子电路的时候，了解最经济的方式，最有效的方式，把硬件电路连接到系统中。正确的应用理论和实践，能结合在一起。

1.2温度控制发展现状

国外的温度控制能力一直高于中国，近些年中国也加快发张，对国内外温度控制的发展起到关键的作用。中国作为一个制造大国，制造水平处于世界前列，温控设备需求也很大。工业电子的发展也是越来越快，国外的很多厂商和中国有着更密切的关系，对中国的依赖也越来越大。从中国近几年来看，温控无论是从技术方面，还是应用反面都取得了很大的进步^[2]。

由于市场的需求，中国对于温度控制的数量很大，应用也很广泛，但是就单纯从技术来看，中国的温度控制方面发展水平并不高，与所需求达到的能力更有一定的差距，和国际发展水平更是有一定的距离。了解国内外技术可以看出来，一般温度控制都采用PID，从目前发展状况来看，只采用一般的PID控制器已经不能满足应用的要求。为了满足控制要求，一些新的控制策略被人开发。这些方法提高了系统的控制能力。这些新的方法有智能控制，自适应控制等。在这当中，近几年被引用最多的是智能PID。这种方法结合了先进技术和以前的PID控制算法。因为它具有两者的优点。可以做到自主学习。能够适时调整，及时改变参数等功能^[3]。现在，温度控制器产品已经从集成的模拟温度控制器发展到智能数字控制。温度控制系统是指计算机知识和自动化的知识，能够输出温度数据，适合各种控制器，通过软件读取温度，并由硬件控制，因此它的设计和计算机软件有着很大的关系。

1.3课题的研究目的和内容

这次课题的主要目的是针对测量仪表对于温度敏感的问题，设计基于半导体制冷片的恒温装置。这次设计的主要思路是，先对于有个整体模块的设计，主要有测温模块，控制模块，显示模块，驱动模块。对于每个系统有个大概的思路之后对于每一部分所需要的硬件以及连接方式进行论证，对于细节进行实验选出最优的方案，测温电路选用了热敏电阻以及运算放大器的电路来给单片机输入信号^[4],在单片机选用上选择了自带模数转换的STM32，驱动电路选用了H桥的控制，以及半导体制冷片选择了TEC，显示模块选用了8位数码管，然后对于每一个模块的连接方式进行了设计，并画出了硬件原理图，最终把他们连接成一个整体，对每个电路的设计对于器件的选用也进行了论证，在软件设计上面，也分为四块，温度采集，即把采集到的模拟电压信号传输给单片机，AD转换，这里AD转换使用STM32自带功能，即把连续的模拟信号通过AD转换，转换成单片机能处理的数字信号，然后换算出电压以及温度的关系进行比较，最终用PID算法，输出PWM波来控制TEC的加热制冷的时间，最终调试运行总程序并进行模拟。

第二章 系统总体方案设计与论证

针对测量仪表对于温度敏感的问题，设计基于半导体制冷片的恒温装置。通过热敏电阻测量当前电路板的温度。根据当前温度和设定温度设定制冷片的驱动电压和极性，在恒温器内温度高于设定温度情况下，对恒温空间制冷，而在温度低于设定温度则对其制热，制冷片驱动电路的输出电压可以根据温差实时调节。

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