基于STM32的全自动三轴试验仪控制板开发文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

一种以STM32F103 单片机为核心的温度控制系统可以很好的应对传统温度控制设备精密度和稳定度较差，且易受周围环境温度的影响等问题。该系统主要包括 STM32 单片机控制器、DS18B20 温度传感器、LCD1602 显示、PTC加热器以及半导体制冷器，实现了在自制模拟小型恒温箱的硬件设备上进行温度控制。结果表明，该系统实现了对温度测量、显示及自动控制等功能，具有功耗低，稳定性好，可操作性强，构建简单，成本低廉等特点，并且系统扩展型强，具有较好的推广应用前景。[1]

以STM32F429为主控制器，可以设计一种高精度太阳跟踪伺服闭环控制系统，采用将视日运动和光电跟踪相结合的方法来提高控制精度。通过全球定位系统( GPS) 模块获取天文算法需要的时间和经纬度信息，可以计算出当前时刻太阳的俯仰角和方位角，但无法消除安装误差。通过摄像头采集太阳图像，计算出质心，寻找到天文零点，消除系统的安装误差。同时将误差值定时存入电可擦可编程只读存储器 (EEPROM) ，当由于天气等原因无法进行图像跟踪时，采用视日运动与存储误差相结合的方法继续跟踪。 实验表明: 设计的伺服闭环跟踪系统可以达到小于0.1%的控制精度，在民防、军工等方面对提高太阳能利用率具有重要意义。[2]

为改善机电一体化技术课程的实践教学效果，可以设计一种基于STM32单片机的三轴实验平台。该实验平台由机械本体、STM32控制系统和VB上位机操作软件组成。这里搭建了该实验平台的机械本体结构，完成了实验平台控制系统的硬件设计和软件设计（包括手动控制模式软件和自动插补模式软件等设计），并进行了运动功能实验。所设计的三轴实验平台能够在有效工作范围内实现圆弧和直线插补，实现了设计要求。该平台综合了单片机控制的低成本优势和软硬件的通用性，使用简便、操作直观，可以帮助学生了解典型的机电一体化产品的软硬件系统组成，更好地掌握机电一体化产品的设计与开发过程。[3]

步进电机具有结构简单、工作可靠、驱动器成本低和无位置累计误差等优点，在数控机床、雕刻机、机器人和计算机打印设备等多个领域中得到了广泛的应用。近年来，随着现代工业的快速发展和相关技术的不断提升，人们对步进电机控制系统也提出了更加严苛的要求。目前市面上的步进电机主要以两相混合式步进电机为主，但是由于其自身存在的固有缺陷以及传统控制方式多采用开环运行，这在一定程度上使两相混合式步进电机控制系统在工业中的应用受到制约。因此，研究两相混合式步进电机闭环控制系统势在必行。首先，既然已经知道了两相混合式步进电机的结构和工作原理。在合理的假设条件下，就可以详细推导两相混合式步进电机在两相静止坐标系下的数学模型，通过坐标变换，从而得到dq旋转坐标系下的数学模型，并选用_di(28)0的矢量控制策略应用在被控对象闭环控制中。其次，在两相混合式步进电机闭环控制系统中，位置和速度控制器的优劣将直接制约整个控制系统的性能。这里针对传统PI控制器的不足引入了反步控制器。根据数学模型，重点推导和设计了速度反步控制器和位置比例(P)控制器。同时，在Matlab/Simulink软件环境下搭建了速度反步控制器、位置P控制器以及两相混合式步进电机的仿真模型。在相同的条件下与传统PI控制器进行仿真对比分析。仿真结果表明，这里提出和设计的位置P和速度反步控制算法在稳态性能、动态特性、鲁棒性和精度方面较为优越。最后，为了证明算法的可行性和实用性，以STM32芯片为核心，完成对两相混合式步进电机闭环控制系统的硬件电路设计，结合硬件电路，又完成了软件设计。同时，搭建了实验控制平台，并对这里提出的控制策略与传统PI控制器进行比较。实验结果进一步表明，这里提出和设计的位置P和速度反步控制算法在两相混合式步进电机闭环控制中更具优越性。[4]

钢筋混凝土检测系统的设计是基于电磁检测原理。以STM32芯片为核心，可以设计各个系统模块的组成部分，从而构建一个复杂的检测系统。通过各模块之间的相互配合，系统可以实现对加强保护层位置和厚度的精确测量。软件部分可以对系统中检测到的数据进行及时的处理和存储。[8]

最基础的STM32单片机无线安灯实验系统能够在操作的过程中同时完成刷卡、WiFi通信和数字刷量等诸多功能结合的过程，目的就是能够更好地提高电子信息专业学生掌握网络通信技术的能力。这样一个实验系统往往能够在短时间内就完成信息的采集、传输和接收的工作。学生能够通过实验系统更好地将无线通信技术、微机原理和接口技术相结合，并在之后全面地提高学生的动手实践能力。 [9]

在嵌入式数据采集系统中，常常运用工业液晶屏显示动态曲线。虽然在液晶屏上容易显示单一曲线，但却难以实现显示多种曲线的动态叠加。这里可以采用组态软件设计液晶显示界面并进行配置，这样就可以在工业串口液晶屏上动态显示叠加曲线。可以在STM32中设计连线函数，实现显示功能，然后通过实验装置验证设计的功能。实现结果表明设计的显示功能可以实现串口液晶屏显示动态叠加曲线。[10]

[1]刘绍丽，王献合．基于STM32单片机的智能温度控制系统的设计[J]．电子测试，2018，21：34-35，140

[2]张宇思，时维铎，徐磊，丁锐．基于STM32的太阳跟踪微控制系统设计 [J]．传感器与微系统，2019，38(1)：79-81，85

[3]倪文彬，陆广华，叶留芳.基于STM32单片机的三轴实验平台设计[J].实验技术与管理，2016，33(12):163-166 170.

[4]张健. 基于STM32的两相混合式步进电机闭环控制系统的研究[D].沈阳工业大学，2018.

[5]Warren Gay．Beginning STM32，Developing with FreeRTOS， libopencm3 and GCC[M]，St. Catharines， Ontario， Canada：Apress， 2018， 1-25

[6]意法半导体，STM32F3系列数据手册[EB/OL]．https://www.st.com/en/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus.html 2019

[7] 吕田昊，余雪，吴成姐．基于stm32的机械臂控制系统的设计[J]．数字化用户，2018，24(49)：91

[8]Yanling Liu，Xiu Tian. Design of reinforced concrete detection system based on STM32[P]. Mechatronics and Automation (ICMA)， 2014 IEEE International Conference on，2014.

[9] 郑育鹏.基于STM32单片机的无线安灯实验系统设计[J].电子测试，2019(Z1):23-24 22.

[10] 陈帅，束仁义，张水锋.STM32控制串口液晶屏的动态叠加曲线显示[J].通化师范学院学报，2019，40(02):56-59.

[11] 汤真福，潘运丹，王廷华.基于STM32单片机的环境监测仪的设计与研究[J].电气自动化，2019，41(01):85-87 98.

资料编号：[193992]