【电子竞赛预热赛】+自动恒温控制系统 (已更新完毕)

发表于 2017-10-13 09:38

本帖最后由一路向北lm 于 2017-12-11 11:43 编辑

2017的电赛已经过去，如果再给我们半天的时间，我相信我们会做的更好，看到21IC又推出了新的活动，特意来尝试尝试下，本次帖子全是自己原创，大家能相互学习，相互借鉴。好了现在开始吧，我选择的是自动恒温控制系统。

（深夜更帖，由于在宿舍环境比较吵，加上自己这段时间在考研就不在视频上面折腾了，分享出来供大家学习就行了，我已把详细过程在下面贴出。）

1.项目方案的构想和实施计划
01.  加热部分：采用固态继电器加stm32PWM作为输出控制加热器加热。
02 反馈部分：采用PID做反馈调节温度的稳定值，由于温度飘移较多，特别加入电参数采集电路，通过采集电流电压等一些电参数化配合PID完成温度的调控。
03  测温部分：测水温DS18B20传感器作为STM32的温度数据采集。
04  显示部分：TFT触摸彩屏显示作为温度的实时显示，以及温度的目标设置。
05  主控制部分：采用STM32F103ZET6作为主控芯片，对整个系统进行监控与控制，以及实时显示等操作。
06  远程控制部分：加入ESP8266联网实现温度的远程设置与监控功能（由于本人不会写APP，用机智云提供的APP来操作）。
07 曲线特性分析：由于本人不会编写一些高级的绘制图像的上位机软件，这方面还需向其他各位大神学习。
项目方案流程图

2.硬件设计过程分享

1.焊接电源电路，作为整个系统的能量来源，有12V 5V 3.3V 输出，焊接好的电源电路作品如下。

2.PWM加PID控制固态继电器前的缓冲电路，为了更好的配合PWM输出的能力，加入了缓冲放大电路，作品如下。

3.电参数采集电路，加入电压互感器与电流互感器以及后端运放处理电路来对加热器的电参数进行采集，作品如下。

4.stm32主控制器加TFT显示电路，（由于没有最小系统板，采用开发板，直接在开放版上操作。）开发板如下。

5.ESP8266WiFi电路模块实现对STM32之间的联网，之后接入机智云，WIFI模块如下。

6.温度传感器ds18b20 加热器固态继电器分别见下图。

7.作品硬件整体图。

3.搭建平台
01 搭建机智云平台

02 使用机智云调试的APP 温度设置与温度显示
Screenshot_2017-12-10-00-06-53-653_com.xpg.wifide.png

Screenshot_2017-12-10-00-07-39-699_com.xpg.wifide.png

03机智云远程监控调试部分

3.程序设计
01.ds18b20温度传感器读取程序。

DS18B20.rar (1.75 KB, 下载次数: 30)

02.pwm驱动固态继电器程序。

PWM.rar (907 Bytes, 下载次数: 34)

03.TFT显示屏，gui 触摸等程序。

lcd.rar (2.92 KB, 下载次数: 20)

gui.rar (135.99 KB, 下载次数: 21)

touch.rar (3.38 KB, 下载次数: 21)

03.PID算法控制程序。

pid.rar (2.59 KB, 下载次数: 45)

04ESP8266WiFi组网代码部分。

esp8266.rar (6.68 KB, 下载次数: 24)

05机智云联网底层驱动代码部分.

Gizwits.rar (19.51 KB, 下载次数: 24)

05调试流程

01.设置温度（通过APP远程设置温度为70度恒温加热，电脑远程网页端受到设置温度的数据，此刻的温度为25度，等待加热）
Screenshot_2017-12-10-00-47-29-152_com.xpg.wifide.png

Screenshot_2017-12-10-00-47-29-152_com.xpg.wifide.png

02.读取温度（通过开发板TFT和app可以观察温度的变化，由于没有做绘制曲线的软件只好观察输出的温度数据了）
这里录制了一小段视频，可以观察到温度的变化，在70度左右变化，有点误差，基本稳定在70度左右，本人能力有限，精度就到这里了。视频连接如下，百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1c8UISm 密码：558g

6.作品展示、制作心得和总结等。

01.制作心得总结以及体会：虽然我的作品不能像那些大神的那样用曲线图去显示温度的变化，但我的可以通过TFT来精确地显示温度的变化值，我觉得这样更加明了直接。在制作的过程中的难度是不可想象的，也打破了我之前的简单的思维，我觉得这里最难得就是那个加入电参数的采集了，在PID不够精确地的情况下，我想起了暑假参加电赛的时候我们做的K题电参数采集，没想到加入了电参数去管理温度的值稳定好好多，在精度的方面可以到1度吧，虽然做不到稳定控制到0.1度，以后加油吧。还有就是在调试WiFi与机智云这块更是用了不少时间，感觉收获了很多，好了废话不说了，总之我努力我收获，我快乐，大家加油，剩下加交给小喇叭了。
02.下面几张图是自己在实验室调试的图片，看着很辛苦吧！

7.视频展示。

由于最近考研较忙，把之前调试的时候录制的视频传上去了，真的是对不起小喇叭了。
连接如下：百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1c8UISm 密码：558g

发表于 2017-10-13 09:48

本帖最后由一路向北lm 于 2017-12-5 12:13 编辑

这个是大一学习51的时候做的一款温度报警器，那时候只会51单片机，学习了ds18b20之后就花了点时间做出了这个，哈哈这个现在真的拿不出手。这个温度报警器我大概实现了以下的功能：
1.采用单片机+18B20温度传感器+数码管显示+按键+蜂鸣器设计而成。
2.按键：左边第一个起，减键、加键、设置键。

3.温度精确到小数点显示。

4.当18B20温度传感器测到的实际温度低于设定的温度下限值时或者超过设定的上限值时单片机就会控制蜂鸣器和发光二极管发出声光提示。

5.可以设置温度上限值。

6.设置过程: 第一次按下设置键然后可以用加键和减键来选择温度报警的上限值，再次按下设置键保存成功。注意：本套件没24C02 存储芯片，因此掉电会丢失上次设置的温度值。

电路原理图1：

发表于 2017-10-13 10:41

本帖最后由一路向北lm 于 2017-12-5 12:14 编辑

这个是传到优酷的小录制视频，打算在这个温度报警器上进行改造，把51换成32，温度传感器还是用ds18b20关于具体设计会在以下讲解。温度报警器视频小链接：http://v.youku.com/v_show/id_XMzA4MjM1NTQ3Ng==.html?spm=a2hzp.8244740.0.0

发表于 2017-10-13 11:01

本帖最后由一路向北lm 于 2017-12-5 12:14 编辑

以下是个人的项目方案的构想和实施计划，图2

发表于 2017-10-13 11:24

本帖最后由一路向北lm 于 2017-12-5 12:14 编辑

寻寻觅觅，元器件寻找中...............

发表于 2017-10-13 12:16

最小系统板就用秉火的开发板代替，ds18B20需要这种，我想控制固态继电器来控制烧烧水器吧，这种DS18b20可以放到水里面，实现了恒温加热。

发表于 2017-10-13 12:36

调皮一下，先做一个TFT小界面：

发表于 2017-10-16 00:33

固态继电器还在路上，趁着空闲，先把TFT的界面给写好，首先把DS18B20的温度给读取出来，先以电脑串口显示。哈哈先用小盒子来装杯水。

发表于 2017-10-18 13:14

几天的等待，哈哈固态继电器回来了，打算用32的PWM来驱动固态继电器，来控制加热设备，pwm的输出准备加个PID这样温度控制算是比较精确点吧。

发表于 2017-10-27 10:11

农民的日子很辛苦，请了一周的假，在家帮爸妈忙着收花生，今年雨水多，前段时间下雨下了足足2周，好多花生都发芽了，我爸妈明智，没有用大机器，要不就完蛋了。哈哈，我们家有20亩花生，每天忙忙碌碌到深夜，早上四五点就起来了，唉，挣钱真难。打算周一回学校，接着学习，完善这个比赛作品。

发表于 2017-10-30 21:06

十几天辛苦的忙碌，家里的农活先告一段落，好了接着这个未完成的工程，接下来就是PID的设计，这个恒温控制系统打算使用STM32加上PID算法来实现对温度的精确可调，实现恒温控制。

发表于 2017-11-11 23:42

经过这么多天的努力，作品即将完成看下庐山真面目吧。

发表于 2017-11-11 23:49

电源部分，用一个双15V变压器做了个电源，IN4007二极管整流加了几个大的电解电容和几个瓷片电容104给电源滤波，提供了双12V的电源加5V的电源，使用了7812与7912进行+12V与-12v稳压，使用7805进行5v稳压.

发表于 2017-11-11 23:53

控制加热器部分，使用STM32 PWM+PID控制固态继电器实现对加热器的控制。

发表于 2017-11-12 00:02

打算用加热器实现对水温的恒温控制，引入温度的反馈加入PID的算法调节。

发表于 2017-11-12 00:10

调试过程中发现温度控制变化较大，因此引用PID的反馈调节不够精确，我加入了电参数采集，以此来引入另一个调节。通过电压互感器加电流互感器对加热器的电参数进行不间断采集，反馈数据给STM32进行数据采集，对PID的控制进行不断的修正，发现有较大的改善。

发表于 2017-11-12 00:14

电参数采集板，电流互感器加电压互感器实现对微弱电流的采集。

发表于 2017-12-5 12:11

本帖最后由一路向北lm 于 2017-12-5 12:23 编辑

宿舍环境还是不太好，和学校老师申请了一个小实验室，历经半个月的努力作品基本完善，下面是自己这些天在实验室的狼狈生活。这个是我们临时的实验室。

发表于 2017-12-5 12:16

我在这个墙角堆了一大堆零件

发表于 2017-12-5 12:18

杂乱的工作台，东西太多没法真是没法整理了

发表于 2017-12-5 12:21

制作那个电压电流采集板可真是忙了好久，而且焊接的时候冒着220V高压的危险，每次的操作都要带电操作，但是我还是走过来了。

发表于 2017-12-5 12:26

为了去这个方波的毛刺可真是头疼

发表于 2017-10-13 10:27

加油，可以完善，原理差不多，外加加热片，通过按键设置目标稳定，加热/降温以到达目标温度，使得在一定区域内使得温度保持在一定范围。杰杰期待你的更新

发表于 2017-10-13 10:43

caijie001 发表于 2017-10-13 10:27
加油，可以完善，原理差不多，外加加热片，通过按键设置目标稳定，加热/降温以到达目标温度，使得在一定区 ...

好的，谢谢了，我会加油哈。

发表于 2017-10-13 11:09

速度啊，顶起来~

发表于 2017-10-13 11:12

21ic小喇叭发表于 2017-10-13 11:09
速度啊，顶起来~

感谢小喇叭

发表于 2017-10-13 11:56

一路向北lm 发表于 2017-10-13 11:24
寻寻觅觅，元器件寻找中...............

这元器件不是一般的乱啊

发表于 2017-10-13 11:57

不错嘛！！！

发表于 2017-10-13 12:10

caijie001 发表于 2017-10-13 11:56
这元器件不是一般的乱啊

东西太多了，真是没地方放了。

发表于 2017-10-13 12:56

加油，

发表于 2017-10-13 22:15

赞一个

发表于 2017-10-14 17:01

楼主采购器件的时候应该顺便买一个器件盒的，你的元件那么多，全堆在一起光整理都很麻烦。

发表于 2017-10-15 01:42

上限下限？无极恒温吧。。

发表于 2017-10-15 12:59

一路向北lm 发表于 2017-10-13 12:16
最小系统板就用秉火的开发板代替，ds18B20需要这种，我想控制固态继电器来控制烧烧水器吧，这种DS18b20可以 ...

楼主进度如何了

发表于 2017-10-15 13:49

楼主的测温传感器不建议用18B20，精度不够，建议用高精度热敏电阻或热电偶

【电子竞赛预热赛】+自动恒温控制系统 (已更新完毕)

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