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温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域。采用嵌入式设计的温度控制系统具有较高的控制精度,而且实时性好,能进行复杂的算法运算,体积小,有着非常人性化的操作界面,因此有着很好的前景。 本文基于ARM平台,设计了一个温度控制系统,探讨了各种温度控制算法,寻求可实现的、控制效果较好的温度控制策略。本文的主要内容有: (1)温度控制系统的总体设计及软硬件基础。200mL水作为温度控制对象,DS18B20进行温度测量,固态继电器控制的加热棒作为加热装置,ARM开发板(以STM32F103VET6为MCU)作为控制平台,uCOS-Ⅱ操作系统方便程序的设计,FatFs文件系统方便数据的存储。 (2)基于显示触摸屏的图形用户接口(GUI)设计。采用的是4.3寸带触摸功能的TFT显示屏,通过GUI设计方便了人机交互界面的设计。GUI设计从三个方面展开,首先是底层驱动设计,包括显示屏底层驱动和触摸屏底层驱动;然后是基础操作没计,包括基础图形操作和基础字符显示;最后是GUI控件设计,包括基础控件、变量控件以及其他控件。通过基础控件实现相关显示与动作,通过变量控件实现对控制参数的修改,通过其他控件实现系统运行时间的显示及相关运行数据的动态曲线显示。界面操作简单、方便,更加的人性化。 (3)控制算法设计。本文以开关控制作为其他控制算法的引导控制;PID控制采用的是位置式离散PID算法;预测控制是基于系统物理特性建立的预测模型,通过用前一段时间的等效散热功率去近似后一段时间的等效散热功率来确定控制输出;设计了两种模糊算法,一个是以加热棒输出功率为控制输出的模糊算法,另一个是以加热棒输出功率的变化为控制输出的模糊算法;在模糊控制的基础上,引入PI控制,构成了Fuzzy-PI双模控制。 (4)综合程序设计。先进行总体程序设计,再对局部进行设计。主要包括硬件平台初始化、uCOS-Ⅱ任务建立、主界面及辅助界面设计、相关文件操作等。 (5)数据测量与分析。