1. 项目背景与核心需求
热电偶温度采集与PID控制在工业自动化领域有着广泛应用场景。STM32F103作为经典的Cortex-M3内核微控制器，凭借其丰富的外设资源和适中的处理能力，非常适合用于构建这类嵌入式温度控制系统。
这个项目的核心目标是通过STM32F103实现：
- 热电偶信号的精确采集与线性化处理
- 基于PID算法的温度闭环控制
- 人机交互界面（数据显示与参数设置）
- 系统状态监测与异常保护
2. 硬件系统设计
2.1 主控芯片选型
STM32F103C8T6是本次设计的理想选择，主要考虑因素包括：
- 内置12位ADC（1μs转换时间）
- 多达7个定时器（包括高级控制定时器TIM1）
- 72MHz主频满足实时控制需求
- 64KB Flash/20KB SRAM的存储配置
- 丰富的GPIO和通信接口（USART、SPI、I2C）
提示：对于需要更高精度的应用，可考虑STM32F303系列（内置16位Σ-Δ ADC）
2.2 热电偶信号调理电路
K型热电偶的典型输出为-6mV~+50mV，需要特殊处理：
- 冷端补偿电路：采用DS18B20数字温度传感器
- 仪表放大器：AD623（增益可调，共模抑制比高）
- 低通滤波：二阶RC滤波（截止频率10Hz）
- 电压抬升：将负电压偏移到ADC可采集范围
电路设计要点：
- 使用1%精度的金属膜电阻
- 在信号输入端添加TVS二极管保护
- 采用独立的模拟电源供电
- PCB布局时注意热电势影响
2.3 功率驱动模块
根据加热器功率选择驱动方案：
- 小型加热器（<100W）：MOSFET（如IRF540N）
- 中型加热器（100W-1kW）：固态继电器（SSR）
- 大型加热器（>1kW）：接触器+过零检测
安全设计考虑：
- 过流保护（快熔保险丝）
- 温度监控（NTC热敏电阻）
- 硬件看门狗（MAX706）
3. 软件架构设计
3.1 系统任务划分
采用前后台系统架构：
-
前台中断服务：
- ADC采样中断（1kHz）
- 定时器中断（PID计算周期）
- 串口通信中断
-
后台主循环：
- 人机界面刷新
- 系统状态监测
- 数据记录与报警处理