智能背心温度控制系统设计.docx

摘要：随着智能时代的发展，服装智能化被越来越多的人关注，普通衣物所拥有的保暖能力有限，人们开始期待能拥有加热功能的服装。智能温控背心是一种通过控制系统可以达到自动温度控制的背心。目前，市面上大部分背心均为普通衣物，少部分有加热功能的背心采用的是如电热毯似的加热方式，发热温度不稳定、可靠性差，没有自动调温功能。

针对这些不足，本系统采用STM32F407VET6芯片控制，通过温度传感器DS18B20采集温度的数字信号，在背心内部和外部分别安装一个温度传感器，将数据传给STM32主控芯片，实时反映温度变化。再根据程序使用增量式PID控制和模糊控制算法改变PWM占空比，利用固态继电器的开关特性来改变发热丝电路的通断时间，也即改变发热丝两端的平均电压，从而控制发热丝温度，进而达到背心的自动温度调节控制。同时，为防止背心温度过高，设计了报警模块和停止工作设置，利于用户了解当前背心工作状态。本系统用开发板成功调试程序，并用最小系统搭建了可以放在背心口袋的控制电路板，便于智能温控背心的实现。

通过调试、分析，确定了本系统的传递函数、PID参数整定、温度与PWM占空比的关系，还设计了温度的模糊控制，进行实物调试，结果较好。设计的背心具有自动控制温度、保持内部温度稳定、系统可靠性高等优点。最终，制成了一套完整的智能背心温度控制系统，并将智能背心产品化，提升实用价值，开拓发展前景。

关键词：智能背心；温度控制；传递函数建模；PID控制；模糊控制；

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  绪  论-1

1.1 智能背心的现状及发展趋势-1

1.2 智能背心研究的意义和价值-2

1.3 本文研究内容与方法-3

第二章  控制系统硬件设计-4

2.1 控制系统整体方案-4

2.2 主控芯片-4

2.3 温度传感器-6

2.4 发热丝-6

2.5 固态继电器-7

2.6 电源电路-8

2.7 报警电路-10

2.8 整体电路-10

第三章  控制系统建模-13

3.1系统传递函数-13

3.1.1 由飞升曲线确定参数算法-13

3.1.2 发热丝电压与PWM占空比关系-14

3.1.3 确定传递函数-15

3.2 PID控制-17

3.2.1 增量式PID控制算法-17

3.2.2 PID参数整定-20

3.3 温度与PWM占空比的关系-28

3.4 温度模糊控制-29

3.4.1 人体温度的研究-29

3.4.2 温度的模糊控制算法-30

第四章  控制系统软件设计与调试-32

4.1 测试PWM占空比与温度的关系-32

4.2 总程序调试-33

4.3 实物系统调试-35

第五章  结论与展望-39

5.1 结论-39

5.2 展望-39

参考文献-40

致  谢-42