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【电子竞赛预热赛】+自动恒温控制系统

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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-17 00:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 小鱼儿1045 于 2017-11-20 09:19 编辑

首先要感谢二姨家能提供这个平台,对我而言也算一种动力,之前一直想做个恒温控制的东西,可由于工作忙,又刚当奶爸(其实是懒癌和拖延症犯了,估计都晚期了),一直没动力搞。这不正好,二姨家搞了一个活动。看到活动介绍,那一刻,当年参加全国电子大赛的一幕幕又闪现过脑海。

累,但是我们乐此不疲;
烦,但是我们不离不弃。
成功的喜悦总是能让我们欣喜若狂~
好久不见~

看来是时候了,众仙归位!!不能在找借口了~搞起~
首先是项目的构思方案,框图如下:

功能框图.png


按照这个框图,先把原理图和PCB给布了,打算发出去打样,方便快捷,哈哈~
下面是原理图截图

原理图.png
PCB截图
PCB.jpg








打赏榜单

feng31 打赏了 2.00 元 2017-12-23
理由:学到了

21ic小喇叭 打赏了 1000.00 元 2017-12-18
理由:电子竞赛活动一等奖

评分
参与人数 1威望 +10 收起 理由
caijie001 + 10 很棒!原创!支持

相关帖子

小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-17 00:46 | 显示全部楼层

硬件

本帖最后由 小鱼儿1045 于 2017-11-21 20:31 编辑

打样回来的空板
PCB.jpg
焊接完成


焊接完成.jpg

加上TFT屏,组装完成



组装.jpg


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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-17 00:47 | 显示全部楼层

软件部分

本帖最后由 小鱼儿1045 于 2017-11-23 22:37 编辑

粗略的程序流程图

流程图.png

UI介绍:
第一页
Hello.jpg

第二页

背景8.jpg

因为之前没搞过UI图,上面的素材基本都是我在度娘上东拼西凑出来的,各种截图,抠图,一顿乱搞,最后就搞成这两张图了,可是花费了2天多的时间,PS技术也是现学现用,PS的技术可是有了一定的进步~哈哈


界面说明:
微信图片_20171123202321.jpg






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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-17 00:49 | 显示全部楼层

软件调试

本帖最后由 小鱼儿1045 于 2017-11-30 21:30 编辑

工具:1、800W的加热杯子  2、1L水    3、加热控制板
微信图片_20171123202353.jpg

这个系统的核心部分就是温度的控制,其它的功能更多的是锦上添花,也是我这次参加比赛比较很感兴趣的部分。
程序温度控制部分采用PID控制(后面发现PD就可以达到要求,所以I就没有用了,系统就变成了PD系统),经过几个晚上的奋战调试,控制精度可以达到±0.5度。下面说说我的PID整个程序的调试思路~硬件部分,我采用可控硅+过零检测,加热方式为丢波,不是斩波~ 因为计算周期为5S,所以一个PID周期就对应500个正弦波,通过PID计算映射到这500个波形,决定加热的功率是多少。
软件部分,因为温度控制具有滞后性,所以采样的周期和PID计算的周期不能太快
我的程序温度采样间隔2秒钟(读取温度其实慢一点快一点无所谓,但是应该要小于PID计算周期),PID计算的周期为5S计算一次。
前期为了整定参数方便,固定设定目标温度为60度。整个系统工作时间为半个小时。所以只采样半个小时的温度值。程序为了计算方便,温度值统一扩大10倍,这样就不要进行浮点运算了。


第一步:整定比例系数Kp,令积分系数Ki和微分系Kd数为零。顺序是,先Kp 后Kd,最后Ki;那肯定有人会问,什么样的Kp系数是合适的呢?我自己的经验是,两个标准,(1)在规定时间内,能够形成荡;(2)荡的峰值距离目标值越近越好。这里要说一句,如果系统对响应时间有要求,那整定的时候还需要考虑系统的响应时间。按照上述两个条件。做了很多次实验,上传几张Kp整定的波形。


Y轴为温度值(X10)  X轴为时间(X 2秒)

Kp = 2,Ki = 0,Kd = 0;
P2.png

Kp = 4,Ki = 0,Kd = 0;
P4.png


Kp = 6,Ki = 0,Kd = 0;
P6.png


Kp = 8,Ki = 0,Kd = 0;
P8.png


Kp = 10,Ki = 0,Kd = 0;
P10.png

因为温度已经扩大了10倍,所以参数的整定,我基本都是选择整数系数,经过多次的实验,对比不同系数振荡最大值和最小值,最终选择Kp = 4;




第二步:Kp已经确定,那就开始整定Kd。Kd的整定我是参考下图的方法


PID整定.png

依照上图,进行如下计算:
Kc = 4
Pc = 210 * 2 = 420 S(Pc振荡周期,我取的是X轴,(511—721)这一个周期 Pc = 721- 511 = 210)
Td = 0.15*Pc = 0.15 * 420 =  63
T = 5S (PID计算周期)
所以 Kd = (Kp*Td)/T = (4*63)/5 = 50.4 = 50


PD系统实验得到如下波形:




Kp = 4,Ki = 0,Kd = 50;  目标温度 60度
60.png

Kp = 4,Ki = 0,Kd = 50;  目标温度 75.5度
75.png

Kp = 4,Ki = 0,Kd = 50;  目标温度 80度
80.png

从上面的波形和实际测试到的数据来看,系统基本已经可以做到目标温度的±0.5度。所以积分I的部分,就没有添加了~还有一点时间,准备增加一个wifi模块,现在全民“互联网+”的时代,我们也要跟上时代~



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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-17 00:49 | 显示全部楼层

WIFI操作和视频

本帖最后由 小鱼儿1045 于 2017-12-5 23:27 编辑

wifi的方案,是采用了机智云的方案,模块选择ESP8266,在机智云的官网注册了账号,然后按照官网的步骤建立了“自动恒温控制系统”,APP的模块实现功能如下:
1、控制加热开始、停止
2、设置加热目标温度
3、APP显示系统的工作状态(设定温度、实时温度、室内温度、系统工作状态)


软件部分移植了机智云的协议,这里要说明一下,由于机智云的协议代码的比较全面,因此我并没有运用机智云的代码,而是阅读协议,自己重新编写,精简了协议的内容和代码数量。


触摸屏增加了wifi图案显示

wifi.jpg


APP界面,自己没接触过APP编程,是机智云自动生成的,所以比较简陋,只能做个大概的演示。
APP.png


明天把资料整理一下,打包上传~


操作视频:


开机操作:
http://v.youku.com/v_show/id_XMzE4NjQ3NjIwNA==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0

停止操作:
http://v.youku.com/v_show/id_XMzE4NjQ3ODIwOA==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0

WIFI操作:
http://v.youku.com/v_show/id_XMzE5NjA4MDc0MA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1

项目开源资料:
原理图PCB.rar (617.55 KB)

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caijie001| | 2017-11-22 23:32 | 显示全部楼层
等待更新。看起来很棒

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caijie001| | 2017-11-22 23:35 | 显示全部楼层
更新了我帮你@小喇叭 推荐,这是我这次预热赛看到最精致的设计了哈哈哈,希望你的功能也能很精致。
期待,更新了@我一下啊,

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21ic小喇叭| | 2017-11-23 08:50 | 显示全部楼层
先关注起来,期待楼主继续更新啊,比赛就快结束了~

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justtest111| | 2017-11-23 13:36 | 显示全部楼层
楼主你TFT屏是串口屏?UI咋控制啊。

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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-23 18:49 | 显示全部楼层
21ic小喇叭 发表于 2017-11-23 08:50
先关注起来,期待楼主继续更新啊,比赛就快结束了~

只有下班回来,才有时间搞~12月9号结束吧?抓紧时间了~

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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-23 18:50 | 显示全部楼层
justtest111 发表于 2017-11-23 13:36
楼主你TFT屏是串口屏?UI咋控制啊。

串口屏都差不多,都有使用手册~里面都会介绍的

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justtest111| | 2017-11-23 18:52 | 显示全部楼层
小鱼儿1045 发表于 2017-11-23 18:50
串口屏都差不多,都有使用手册~里面都会介绍的

传个使用手册学习下呗

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justtest111 发表于 2017-11-23 18:52
传个使用手册学习下呗

串口屏可以直接刷图片的

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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-23 23:15 | 显示全部楼层
justtest111 发表于 2017-11-23 18:52
传个使用手册学习下呗

怎么发给你?

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caijie001| | 2017-11-24 07:15 | 显示全部楼层

可以把资料分享在本帖子中,如果不会,可以传资料给我,我帮你上传到本帖子里,期待你的开源,

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justtest111| | 2017-11-24 13:02 | 显示全部楼层
山东电子小菜鸟 发表于 2017-11-23 20:16
串口屏可以直接刷图片的

哦哦,有产品链接不?

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justtest111| | 2017-11-24 13:02 | 显示全部楼层

帖子里可以直接传附件呀,传不上的话网盘也行,谢啦。

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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-24 14:31 | 显示全部楼层
justtest111 发表于 2017-11-24 13:02
帖子里可以直接传附件呀,传不上的话网盘也行,谢啦。

Usart GPU 使用手册.pdf (3.99 MB)

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小鱼儿1045|  楼主 | 2017-11-24 14:32 | 显示全部楼层
caijie001 发表于 2017-11-24 07:15
可以把资料分享在本帖子中,如果不会,可以传资料给我,我帮你上传到本帖子里,期待你的开源, ...

恩,等我把这个完成了,资料整理一下,打包发上来~

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caijie001| | 2017-11-24 14:38 | 显示全部楼层
小鱼儿1045 发表于 2017-11-24 14:32
恩,等我把这个完成了,资料整理一下,打包发上来~

谢谢你的支持,期待你的作品。么么哒

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