步进式加热炉过程控制实验系统设计与开发的中期报告.docx

步进式加热炉过程控制实验系统设计与开发的中期报告

一、项目背景和意义

步进式加热炉是一种常用的加热设备，广泛应用于工业生产中，如热处理、制造、铸造等领域。在这些应用中，步进式加热炉所处的过程控制都是非常重要的。因此，通过设计和开发一个步进式加热炉过程控制实验系统，能够帮助学生更好地理解步进式加热炉的工作原理和过程控制方法，提高学生的实践操作能力，为工业生产培养出优秀的技术人才，具有重要的意义。

二、开发目标和任务

本项目的主要目标是设计和开发一个基于STM32F103C8T6单片机的步进式加热炉过程控制实验系统。该系统需要完成以下任务：

1.通过控制加热器的加热功率来实现加热炉的温度控制以及比例、积分、微分（PID）等控制算法的实现。

2.通过LCD显示屏实时显示温度曲线和PID控制参数，方便学生进行调试与控制。

3.通过串口与上位机通信，实现温度走势图的绘制及数据传输。

4.通过按钮和触摸屏等交互方式，方便学生进行操作与控制。

三、开发进展

1.硬件部分

目前，硬件部分的开发已经完成了部分。具体完成的内容包括：

1）硬件原理图设计

完成了系统硬件的原理图设计，包括电源、AD转换、温度测量、继电器控制、LCD屏幕显示等模块的电路设计。

2）电路板设计与制作

完成了系统电路板的设计，并进行了PCB的制作和元器件的安装。

3）基于STM32的程序开发

编写了基于STM32的嵌入式程序，完成了系统功能模块的编写和调试。

2.软件部分

目前，软件部分的开发进展比较顺利，主要完成了以下内容：

1）系统识别和初始化

系统启动后，进行数据和硬件初始化工作，包括温度传感器的初始化、LCD显示屏的初始化、按键检测、UART串口初始化等工作。

2）温度采集

通过温度传感器，实现对加热炉温度的采集，并通过串口将温度数据发送到上位机进行显示。

3）PWM输出控制

通过PWM输出，控制加热器的加热功率，进而通过PID控制算法控制加热炉温度。

4）PID控制算法

实现比例、积分、微分（PID）控制算法，通过实时计算误差量来实现温度的控制，同时将PID参数实时显示在LCD显示屏上。

3.未来计划

未来计划主要包括以下几个部分：

1）完善系统硬件设计，并进行测试验证。

2）进一步完善系统软件设计，并进行关键模块的优化和完善。

3）进行系统功能测试和性能测试，并对系统进行修正和改进，从而达到更好的效果。

4）开发上位机软件，实现实时数据的显示、曲线绘制、数据记录等功能，提高系统数据处理的能力。

5）编写系统使用文档，方便使用者进行操作和掌握系统使用方法，提高系统的易用性和实用性。