基于STM32W108的无线程控微加热平台设计作者：鲁连钢来源：《电子世界》2013年第12期 【摘要】设计了基于STM32W108高水平大学自主选拔学业能力测试盗窃罪的构成要件的无线程控微加热平台，平台采用PWM驱动薄片陶瓷加热器，采用PT100检测和反馈温度，采用满足IEEE 802.15.4 MAC协议的RF模块进行数据和指令传输，并编程实现了对该微加热平台的远程温度控制。测试表明，微平台程控距离可达30米，温控精度可达到±3℃。
【关键词】STM32W108；微加热平台；无线程控
1.引言
温度是热动力学基本参数，其测量和控制在生产生活和科学研究中具有广泛应用和重要意义[1]，如冶金、采矿、制冷。其中在化工、生命科学等领域，有时需要温控平台便携、微型，或尽量避免人员在现场的操作[2]。与此同时，随着无线通信和半导体技术的发展，以无线传感网络为代表的无线测控技术已开始走向应用，如智能家居、环境监控等。作为无线测
控体系的一部分，无线远程温控的便携式微加热平台，可以极大方便人们的生产生活和科学研究。
本文针对该需求，基于意法半导体公司最新推出的攀枝花论坛STM32W108无线单片机设计了由PT100温度检测、PWM驱动加热、Zigbee无线通信的数字闭环无线微型加热平台，并编程实现了对该微加热平台的远程温度控制，确保了节点的移动灵活性与性能稳定性。
2.系统总体设计与关键技术
2.1 总体设计与原理框图
设计的无线程控微加热平台从原理可划分为三部分：基于PT100和低功耗运放的温度检测电路，基于低漏电流MOS管和高效率薄片陶瓷加热器的PWM加热驱动电路，以STM32W108为核心的控制、通信单元；三者形成完整的温控闭环，并提供对外的Zigbee无线通信接口，以及用于监控的串口。系统原理框图如图1所示。 2.2 温度检测电路
考虑到器件成本、测温范围、检测电路复杂程度、响应时间，本设计采用薄膜封装PT100元件，相比于传统铂丝PT100，成本更低，响应更快，□0.5小于10s，线性测温范围可达-200℃～800℃。利用高温导热胶将PT100与加热器粘合，确保机械可靠性和高热导率。
考虑到当温度范围较大时，PT100电阻变化范围大，恒压电桥法系统非线性较大，本设计采用恒流源激励。文献表明，当薄膜PT100自身电流超过1mA英国第一足球宝贝时，将会产生自身发热，故本设计选用美国国家仪器公司的LM334可调恒流源芯片[3]，并通过外置电阻设置电流为100□A。激励电流进入PT100后，输出电压与温度保持严格线性关系。该原始电压经过后级射随器缓冲，进入S-K二阶放大滤波电路[4]，截止频率为40Hz，品质因数为0.707。用于设随和放大滤波的运放芯片选用ADA4501-2，集成双运放，1.8V低功耗供电。经上述调理后，当PT100温度范围在-50℃～500℃变化中，由S-K电路输出的模拟电压标称范围为0.1～1.1V。该模拟电压可直接被STM32W108内置的ADC（1.2V参考电压）进行模数转换，实现温度反馈。
2.3 PWM加热驱动电路
PWM的本质是传输功率受脉冲宽度调制[5]。本设计中的加热器是边长为1cm的正方形薄片陶瓷电阻加热器，通过的功率即为加热功率。PWM波频率设置为100Hz，占空比由0到100%，由STM32W108的定时器模块给出，接入低功耗、大功率MOS管CDS16301Q2的栅极，而源-漏极作为加热器的电流通路。该MOS管漏电流仅为1□A，最大源漏电流为5A。测得该加热电路在室温下开环加热稳态值可达约500℃，功耗4W。
2.4 控制通信单元电路
以价值观为本 主控单元采用ST公司于2009年推出的32位超低功耗、苛刻环境无线处理器STM32W108，芯片基于ARM Cortex-M3内核，处理能力强，性价比高。芯片集成8KB RAM和128KB FLASH，并带有丰富的接口资源，如本设计用到的ADC模块、定时器PWM模块、RF通信模块、UART模块。
动力学与控制学报
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议