STM32暖房温度控制系统设计：双极性PID算法应用

"基于ARM的暖房温度控制设计采用了双极性PID控制算法，旨在精确管理暖房内的温度。该设计由南阳理工学院电子与电气工程学院的殷华文、赵英俊和聂晓光共同完成，主要研究了如何利用ARM控制器（以STM32F103芯片为例）实现对暖房温度的有效控制。" 本文首先介绍了温度控制的重要性，特别是在化工、空调和冷藏等领域。设计中，采用了STMicroelectronics的STM32F103微控制器，构建了一个包含温度感应、模拟量输入和双继电器输出的嵌入式系统，用于模拟暖房的温度控制。控制策略采用了双极性PID算法，以应对大惯性和大滞后特性的暖房环境。 双极性PID控制算法在此系统中的应用独具特色，其输出既可以是正极性（用于加热，例如电热炉）也可以是负极性（用于冷却，例如风扇）。为了提高控制精度，算法中包含了位置型PID运算，如梯形积分、积分分离、微分延迟和输出限幅等技术。同时，输入和输出信号都进行了归一化处理，便于分析P、I、D各部分的运算效果，并辅助进行参数整定。 在实际运行中，该系统表现出了良好的控制性能。当设定值发生正向阶跃变化时，超调量较小，稳态误差保持在±0.2℃范围内；而反向阶跃时，系统能有效避免超调，稳态误差仅为±0.1℃。这表明该双极性PID算法能有效地适应暖房温度的变化，并保持较高的控制精度。 系统设计中，温度传感器PT100用于实时监测温度，ARM控制器通过定时器中断收集数据，然后双极性PID算法计算出电热炉和风扇的控制指令。电热炉和风扇的控制通过调整在一个周期内的工作时间（占空比）来调节加热和冷却强度。此外，系统还通过串口与上位机进行通信，实现了远程监控和参数调整的可能性。 该设计提供了一种基于ARM的高效暖房温度控制系统，利用双极性PID算法解决了大滞后、大惯性系统的控制问题，保证了暖房温度的精确稳定，对于农业温室、实验室环境以及其他需要精细温度控制的场景具有广泛的应用前景。