【电子竞赛预热赛】+自动恒温控制系统

只看该作者 · 2017-11-17 00:45

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：

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

PCB截图

只看该作者 · 2017-11-17 00:46

本帖最后由小鱼儿1045 于 2017-11-21 20:31 编辑

打样回来的空板

焊接完成

加上TFT屏，组装完成

只看该作者 · 2017-11-17 00:47

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

UI介绍：
第一页

第二页

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：

只看该作者 · 2017-11-17 00:49

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

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，能够形成振荡；（2）振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;

Kp = 4,Ki = 0,Kd = 0;

Kp = 6,Ki = 0,Kd = 0;

Kp = 8,Ki = 0,Kd = 0;

Kp = 10,Ki = 0,Kd = 0;

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

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

Kp = 4,Ki = 0,Kd = 50; 目标温度 75.5度

Kp = 4,Ki = 0,Kd = 50; 目标温度 80度

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~

只看该作者 · 2017-11-17 00:49

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