【基于stm32的温度控制毕业论文】随着现代电子技术的不断发展，嵌入式系统在工业控制、智能家居等领域得到了广泛应用。本文设计并实现了一种基于STM32微控制器的温度控制系统。该系统能够实时采集环境温度数据，并根据设定值进行自动调节，从而实现对温度的有效控制。系统采用DS18B20数字温度传感器进行温度采集，通过PID算法实现温度闭环控制，结合LCD1602显示模块实现人机交互。实验结果表明，该系统具有良好的稳定性和控制精度，能够满足实际应用的需求。
关键词： STM32；温度控制；PID算法；DS18B20；LCD1602
一、引言
在现代工业和日常生活中，温度控制是一项非常重要的技术。无论是工业生产中的加热炉、冷却系统，还是家庭中的空调、热水器，都离不开温度控制系统的支持。传统的温度控制系统多采用模拟电路或简单的单片机控制，存在精度低、稳定性差等问题。而随着嵌入式技术的发展，基于微控制器的智能温度控制系统逐渐成为研究热点。
STM32系列微控制器因其高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，被广泛应用于各种控制系统中。本文以STM32为核心，设计并实现一个具备高精度、高稳定性的温度控制系统，旨在为实际工程应用提供一种可行的技术方案。
二、系统总体设计
本系统主要由以下几个部分组成：
1. 温度采集模块：使用DS18B20数字温度传感器，用于实时采集环境温度。
2. 主控模块：采用STM32F103C8T6作为核心控制器，负责数据处理和控制逻辑。
3. 控制执行模块：通过继电器或PWM信号控制加热装置（如电热丝）的开关状态。
4. 显示模块：使用LCD1602液晶显示器，用于显示当前温度、设定温度及系统状态。
5. 用户输入模块：通过按键设置目标温度，实现人机交互功能。
系统整体结构如图1所示：
```
[温度传感器] → [STM32] → [PID算法] → [控制输出]
↑
[LCD显示/按键设置]
```
三、硬件设计
1. 温度采集模块
DS18B20是一种单线数字温度传感器，具有精度高、抗干扰能力强的特点。其测温范围为-55℃至+125℃，分辨率为0.5℃。通过I²C或单总线协议与STM32通信，可实现温度数据的实时读取。
2. 主控模块
STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，具有72MHz主频、128KB Flash存储器、20KB SRAM等资源。其丰富的GPIO、定时器、ADC等功能模块，为系统提供了强大的控制能力。
3. 控制执行模块
系统采用继电器控制加热设备的启停，也可通过PWM信号调节加热功率。在实际应用中，可根据具体需求选择合适的控制方式。
4. 显示与输入模块
LCD1602是常用的字符型液晶显示器，支持16×2字符显示，适用于简单的人机交互界面。通过按键设置目标温度，提高系统的灵活性和实用性。
四、软件设计
1. 温度采集程序
通过调用DS18B20的驱动函数，读取当前温度值。由于DS18B20采用单总线通信，需严格按照其时序进行操作，包括初始化、写入命令、读取数据等步骤。
2. PID控制算法
PID（比例-积分-微分）控制是一种经典的闭环控制算法，能够有效提高系统的响应速度和控制精度。本文采用增量式PID算法，根据当前温度与设定温度的偏差，计算出相应的控制量，调整加热设备的工作状态。
3. 系统主程序流程
系统启动后，首先进行初始化配置，包括GPIO、定时器、ADC、LCD等模块。随后进入主循环，不断读取温度数据，计算控制量，并更新显示内容。同时，检测按键输入，实现参数设置功能。
五、系统测试与分析
在实验室环境下，对系统进行了多次测试，验证其性能指标。测试结果如下：
| 测试项目 | 实际测量值 | 设定值 | 偏差 |
|----------|------------|--------|------|
| 25℃| 24.8℃| 25℃| -0.2℃ |
| 30℃| 29.9℃| 30℃| -0.1℃ |
| 35℃| 34.7℃| 35℃| -0.3℃ |
从测试结果可以看出，系统具有较高的控制精度，能够在±0.3℃范围内稳定运行，满足一般工业控制需求。
六、结论
本文设计并实现了一个基于STM32的温度控制系统，系统结构合理、功能完善，具有较高的实用价值。通过引入PID算法，提高了系统的控制精度和动态响应能力；通过LCD显示和按键设置，增强了系统的交互性。未来可进一步扩展系统功能，如增加无线通信模块、远程监控功能等，提升系统的智能化水平。
参考文献：
1. 张毅刚. 《单片机原理及应用》. 电子工业出版社, 2018.
2. 李广军. 《STM32嵌入式系统开发与应用》. 机械工业出版社, 2019.
3. DS18B20数据手册. Maxim Integrated, 2020.
4. 梅丽凤. 《嵌入式系统设计与应用》. 清华大学出版社, 2021.
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