（郑州铁路职业技能学院 电子工程系，河南 郑州450052）
设计以ARM STM32F103作为系统掌握核心，利用DS18B20丈量温度，以半导系统编制冷器件作为降温设备，以PTC发热片作为升温设备，用LCD1602液晶进行显示，实现对杯内水温的有效掌握。通过反复验证，该温控系统具有操作大略、精度较高、事情可靠和性价比高档特点。
温控；STM32；DS18B20
随着社会经济的不断发展，目前人们生活利用的水杯已经不能很好地知足当代人对付智能化生活的需求。因此，设计一款新颖、实用、操作大略的智能温控水杯很有必要。智能温控杯可以通过LCD显示杯内的实时水温，并根据个人需求有效地调节杯内水温，知足人们的多样化需求。智能温控杯的设计紧张分为两部分，一部分是机器构造的设计：确定所需材料、构型分布以及合理的实行机构等，担保智能温控杯都雅、节能，并可高效地加热和制冷；另一部分是掌握系统的设计：实时显示温度、人机交互、有效控温等。本文紧张先容智能温控杯掌握系统的设计［1］。
1系统设计方案
本系统包括STM32F103主控板、DS18B20温度传感器、矩阵键盘、声光报警电路、LCD1602液晶显示屏、驱动电路、继电器掌握电路、半导系统编制冷片及PTC加热片，系统设计图如图1所示。
本系统采取防水型的DS18B20温度传感器采集杯内水温信息，并将采集到的水温信息直接传送给主控器STM32F103进行处理，主控器将采集回来的温度信息与通过矩阵键盘预设的温度信息进行比拟，如果实际温度值大于预设温度值，则利用半导系统编制冷片进行制冷降温，如果实际温度值小于预设温度值，则利用PTC加热片进行加热升温，以达到有效控温的目的。同时STM32F103将DS18B20采集回来的温度信息在LCD1602液晶显示屏上进行温度变革的实时显示［2］。
2硬件系统紧张部件设计
2.1电源模块设计
电源的设计关乎到全体系统是否能够正常运行，一样平常STM32处理器系统的标准电压是3.3 V，首先利用LM7805得到5 V电压，再通过ASM1117电路得到3.3 V电压。详细电路图如图2所示。
5 V电压利用LM7805模块实现，图2中的电容紧张功能是滤波。本次设计用AMS1117的DC/DC转换器功能供应稳定的输出电压，在电源设计中AMS1117的浸染是把外接5 V电压转换成3.3 V的稳定输出电压，偏差是±6%［3］。
2.2测温电路设计
本系统采取DALLAS公司生产的数字温度计DS18B20进行温度的丈量，DS18B20比较于传统的热敏电阻等测温元件，具有体积小、易处理等特点，只
须要进行大略的配置就可以实现实时温度采集。同时本次采取防水型的DS18B20，可以很好地进行水温的测试，实现水温的实时采集。DS18B20与STM32微处理器的连接办法非常大略，详细电路图如图3所示。
2.3继电器掌握模块
图5智能温控杯主程序流程图掌握系统对水杯进行泰平承平和降温是通过掌握继电器的开关状态来实现的，当实际温度大于预设温度值时，通过掌握继电器操作半导系统编制冷片进行制冷降温；当实际温度小于预设温度值时，通过掌握继电器操作PTC加热片进行加热升温。继电器电路事理图如图4所示，继电器的通断由ARM STM32F103的GPIO口通过R1电阻与S8550三极管基极相连进行掌握［4］。
3系统软件设计
3.1增量式PID算法
系统采取PID算法掌握单片机输出PWM的占空比从而掌握半导系统编制冷片的功率，PID是比例掌握（P）、积分掌握（I）和微分掌握（D）的简称。在过程掌握中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行掌握的PID掌握器是运用最广泛的一种自动掌握器。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定办法大略，构造形式灵巧。掌握点包含两种PID掌握算法，分别是增量式算法和位置式算法［5-6］。
智能温控杯掌握系统采取增量式PID算法进行恒温掌握，通过多次实验，得到掌握工具的一组掌握系数。掌握系统每隔一个采样周期韶光T，就将杯内水温与预先设定的温度值进行比较，从而得出偏差e(k)，然后将所得到的偏差值代入增量式PID公式进行PID运算。增量式PID打算公式：
此公式决定PWM方波的占空比，可得到相应的高电平持续韶光，当杯内水温与设定值差距较大时，加热/制冷电路电流大，结果是使得杯内水温与设定值偏差越来越小，终极达到自动掌握的目的。同时，本文采取分段式控温的思想，当温度偏差值大于10℃时，进行全速加热或者降温，当偏差值小于10℃时，再启动PID进行控温，这样既担保了加热/制冷效率，还节约了系统的功耗［1-6］。
3.2软件设计主流程
系统在初始化阶段设置期望温度，初始化完毕后通过DS18B20温度传感器对杯内水温进行实时温度采集，判断采集到的温度值与预设温度之间的差值，利用增量式PID算法进行处理，掌握继电器加热/制冷，同时在LCD1602液晶显示屏上进行温度的实时显示［7］。主程序流程图如图5所示。
4系统测试及剖析
测试时实验室温度为25℃。将智能温控杯组装完毕后，将杯中置满水，初始测得水温为20.1℃。选定从60℃~-5℃之间的数值进行测试。实验过程中，键入指天命值进行测试，待LCD显示数值稳定，不再有较大颠簸时，记录下LCD显示温度。记录表格如表1所示［8］。
在测试温控精度的同时，也对制冷/制热效率进行了测试，杯内水温从20℃升温至60℃只须要10 min，升温速率比较快，升温效率较高。将杯内水温从20℃降至5℃须要40 min，在降温初期降温速率比较慢，等温度降落至一定程度后，降温速率开始加快，降温效率较低。通过改进智能温控杯机器构造可以进一步改进降温效率［9-11］。
可以看出本系统能够较精确地掌握温度，动态相应好，超调量小。本系统基本达到了预期的设计目标，具有一定的实际运用代价。
5结论
本文紧张基于STM32设计了一款可对杯内水温进行实时快速有效掌握的智能温控系统。硬件上采取ARM STM32F103作为主控芯片，使电路构造大略，开拓方便灵巧，利用DS18B20温度传感器测试温度，提高丈量的精确度以及效率。采取PTC和半导系统编制冷片作为泰平承平和降温设备，使温度的稳定性较高。软件上采取增量式PID算法，并结合分段控温思想，在节约系统功耗的同时，达到精确控温的目的。末了对全体智能温控系统进行测试与剖析，测试结果表明该系统知足运用需求，具有一定的实际运用代价。
参考文献
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［11］ 姬志君. 基于半导系统编制冷技能的自动温控箱的研究与设计［D］.保定:河北农业大学,2012.
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