第二届UEAL第二轮—程控加热器（中国地质大学）

UEAL第2届电子设计大赛第二轮——程控加热器

中国地质大学（武汉）

cztqwan

2016-04-24

一、 简介

本作品采用STM32F103作为主控芯片，以DS18B20作为温度传感器实现了程控加热器。实现了实时显示控制温度和实际工作温度，可用红外遥控设定工作温度，温控误差要求小于±1℃，加热功率可调，能显示风扇转速，能按预定的加热曲线加热等。基本实现了题目的全部要求。

二、方案设计

2.1 主控芯片

    因为STM32F103的片上资源比较丰富，而且进行LCD显示也比较方便，正好手头有一个用得正顺手，所以就选择STM32F103作为主控芯片了。

2.2 温度传感器

    为了达到题目要求的1℃的精度以及30到70的温度测量范围要求，采用DS18B20作为温度传感器。DS18B20的测温范围为-55～＋125℃可以满足题目的要求。

2.3 驱动电路

    为了方便起见没有采用继电器加高功率加热片的方案，而是采用L298N对风扇和加热片进行驱动，L298N多用在驱动电机上，可以根据单片机输出的pwm波输出平滑的平滑的电压，这一点对于使用pwm波控制风扇和加热片也同样是适用的。

2.4 测速传感器

    由于采用的散热风扇不带速度反馈功能，所以采用对射式计数传感器对风扇的转速进行测试。对射式计数传感器可以对遮挡物遮挡次数进行计数，散热风扇有7个扇页，也就是风扇转一圈对射式计数传感器的输出引脚会产生7次下降沿电平变化，使用单片机对其计数即可完成风扇的测速。

2.5 控制算法

    为了得到更高的控制精度和系统稳定性选择采用PID控制算法。

三、总体结构

图1 总体结构STM32F103通过LCD、红外遥控和用户进行信息的交互。LED用来产生告警，由于采用蜂鸣器的原理和LED是类似的，所以在本作品中没有实现蜂鸣器告警功能。STM32F103通过测速传感器和DS18B20分别检测散热风扇的转速和加热片的温度。STM32F103使用pwm波控制L298N，L298N输出直流电压驱动散热风扇和加热片。

四、程序流程图

图2 程序流程图

        程序一共分为四个模式，通过红外遥控的1~4按钮选择模式，进行模式之间的切换：

模式一为设定温度模式，通过红外遥控的+和-按钮设定温度，程序控制加热器（作品）在加热片和散热风扇的协作下，使温度达到设定值，误差在1℃以内。

模式二为30℃~70℃模式，加热器（作品）使温度在30℃~70℃之间来回变化。

模式三为设定功率模式，可以按照不同的功率档位进行加热，不同功率下加热的速度不同，功率档位分为0~9档，0档最慢，9档最快，通过红外遥控的+和-选择档位。

模式四为设定曲线模式，程序控制加热器（作品）按照固定的曲线进行加热，默认设置了4种曲线，通过红外遥控的+和-按钮选择曲线。

五、实体照片

图3 作品总体图

图4 控制检查模块图

图5 主控模块图

图6 红外遥控按钮功能定义

图7 LCD界面介绍

六、测试结果

6.1设定设定工作温度，温控误差要求小于±1℃；

图8 设定温度30℃

图9 设定温度45℃

图10设定温度60℃

6.2温度低于30℃时，风扇停止工作，加热器开始加热；当温度高于70℃，应切断加热器，并接通风扇开始散热；

图11 温度达到70以上后降温

图12 温度达到30以下后升温

6.3加热功率可调；

档位	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
占空比（%）	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
温度增量（℃）	0.5	1.0	1.8	2.7	3.4	4.2	5.2	6.2	7.0	7.7

表1 功率档位加热速度

   6.4具有程控加热功能，能按预定的加热曲线加热；

图13 温度按照曲线1进行温度控制

图14 温度按照曲线2进行温度控制

图15 温度按照曲线3进行温度控制

图16 温度按照曲线4进行温度控制

七、结果分析

        本作品基本实现了题目的全部要求，完成的效果还是不错的。总结主要有以下的优缺点：

优点：基本实现了题目的全部要求，并且温度控制精度达到了1℃以内，并且温度趋于稳定后控制误差甚至不大于0.5℃。

缺点：选用的加热片和电源的功率都比较小，使得加热速度比较慢，由于时间关系，PID参数的调节还没有达到最优，温度控制时温度曲线的震荡比较明显。

  UEAL第2届电子设计大赛第二轮——程控加热器报告.pdf(2.12 MB, 下载次数:13, 售价:1个IC币, 已购买:4)

不错

很好

支持~~风扇测速的方法好魔性:lol