【电子设计大赛】2016电子设计大赛E题通关指南
本文详细解析了2016年全国大学生电子设计竞赛E题恒温恒湿安全小屋的系统设计与实现。文章从题目解读入手，分析了任务核心要求及发挥部分难点；提出了包含控制核心、检测执行和人机交互模块的系统架构；介绍了半导体温度传感器、电容式湿度传感器等关键硬件选型；重点阐述了基于PID算法的温度控制、湿度调节等软件实现细节；分享了硬件调试、软件优化等实践经验。该系统通过软硬件协同设计，实现了温湿度的精准控制与异常报
目录
一、引言
全国大学生电子设计竞赛作为电子信息领域极具影响力的学科竞赛，一直是高校学子展示专业技能与创新能力的重要舞台。2016 年的电子设计大赛中，E 题以其独特的挑战性和创新性，吸引了众多参赛队伍的目光，在当年引发了热烈的讨论与探索。
这道题目聚焦于特定的电子设计方向，要求参赛者综合运用多学科知识，设计并实现一个复杂的电子系统。它不仅涉及模拟电路、数字电路、信号处理等基础知识，还对选手在编程、算法设计以及系统集成等方面的能力提出了较高要求。成功攻克这道题，意味着参赛者需要在有限的时间内，将理论知识转化为实际的硬件电路和软件代码，构建出一个稳定、高效且满足各项指标要求的电子系统。
对于广大电子设计爱好者和相关专业的学生来说，深入剖析 2016 电子设计大赛 E 题，不仅能够学习到解决实际问题的思路和方法，还能从中汲取灵感，提升自己在电子设计领域的综合能力。在接下来的内容中，我将详细解析这道题目的要求、难点，并分享软件代码实现的思路与过程，希望能为大家带来有价值的参考和启发 。
二、E 题题目深度解读
（一）任务核心内容
2016 年电子设计大赛 E 题要求设计一个由市电供电的恒温恒湿安全小屋。这个小屋的功能可不简单，它需要具备精准的温度和湿度控制能力，就像一个小型的智能气候调节站。从供电方式来看，直接采用市电供电，这意味着在设计电路时，要充分考虑市电的特性，比如电压的稳定性、电流的承载能力等，确保整个系统能够稳定运行 ，不会因为市电的波动而出现故障。
小屋的功能要求涉及多个方面。在温度控制上，不仅要能实现升温，还得能降温，并且对升温、降温的速度以及温度的稳定性都有严格规定。湿度控制方面同样如此，需要实现加湿和降湿的功能，以满足不同环境条件下对湿度的要求。此外，小屋还需具备一定的安全性能和智能化功能，比如当温湿度出现异常变化时，能够及时报警，提醒使用者注意，同时自动采取调节措施，使温湿度恢复到正常范围。
（二）基本要求拆解
- 屋内加热功能：要求在 2 分钟内将小屋内温度升至高于当前室温 10℃以上，并且在小屋中心测量温度，能稳定 10 秒，且温度波动小于 1℃。这一要求对加热设备的功率和加热速度提出了较高要求。要在短时间内实现大幅升温，就需要选择功率合适的加热元件，比如常用的电热丝、PTC 陶瓷发热器等。同时，还需要精确的温度检测和控制电路，实时监测温度变化，当达到目标温度后，能够迅速调整加热功率，维持温度稳定。这其中的难点在于如何快速准确地检测温度，并根据温度变化及时调整加热功率，以避免温度过冲或波动过大。
- 屋内降温功能：在 3 分钟内将小屋内温度降至低于当前室温 10℃以上，同样在小屋中心测量温度，能稳定 10 秒，且温度波动小于 1℃。实现降温功能通常会采用制冷片或者小型制冷压缩机。制冷片具有结构简单、控制方便的优点，但制冷效率相对较低；制冷压缩机则制冷效率高，但系统相对复杂，成本也较高。在设计降温系统时，需要综合考虑这些因素。同时，降温过程中的热量排放也是一个需要解决的问题，要确保能够及时将小屋内的热量散发出去，以达到快速降温的目的。这里的难点在于如何高效地实现降温，并解决热量排放问题，保证系统的稳定性和可靠性。
- 对流装置控制：启动对流装置后，要控制小屋空间内各处温度偏差小于 1℃。这一要求旨在确保小屋内温度分布均匀，避免出现局部温度过高或过低的情况。实现这一目标通常会使用风扇等对流设备，通过合理的布局和控制，使空气在小屋内形成良好的对流循环。然而，在实际操作中，要精确控制各处温度偏差在 1℃以内并非易事，需要考虑小屋的空间结构、对流设备的位置和风速等因素，通过不断的调试和优化，才能达到理想的效果。
- 报警与调节功能：当温度发生突变时，系统能立即报警，并能快速调节使温度恒定。这就需要系统具备快速的温度检测和响应能力，能够及时捕捉到温度的突变信号。通常会采用温度传感器和微控制器来实现这一功能，温度传感器将温度信号转换为电信号，传输给微控制器进行处理。一旦微控制器检测到温度突变，立即触发报警装置，同时根据预设的控制算法，调整加热或降温设备的工作状态，使温度恢复恒定。这里的难点在于如何提高系统的响应速度和控制精度，确保在温度突变时能够及时、准确地进行报警和调节 。
（三）发挥部分解析
- 温度曲线控制功能：通过键盘输入指定的温度曲线，系统可按照预定的曲线进行升温 / 降温，并显示变化曲线。这一功能大大提升了小屋的智能化和个性化程度。实现这一功能需要复杂的算法支持，首先要对用户输入的温度曲线进行解析和处理，将其转化为具体的控制指令。然后，根据这些指令，实时调整加热或降温设备的功率，使温度按照预定曲线变化。同时，还需要配备合适的显示模块，将温度变化曲线直观地展示给用户。这不仅考验对温度控制算法的掌握，还涉及到人机交互界面的设计，是提升作品创新性和实用性的关键部分。
- 湿度控制功能：增加湿度控制功能，系统可进行加湿和降湿处理。这使得小屋的环境控制更加全面，不仅能控制温度，还能精准调节湿度。实现湿度控制通常会采用加湿器和除湿器，加湿器可以通过超声波雾化、加热蒸发等方式增加空气湿度，除湿器则可以利用冷凝除湿、吸湿剂除湿等原理降低空气湿度。在设计湿度控制系统时，需要选择合适的湿度传感器来准确测量湿度，并且根据湿度的变化，精确控制加湿器和除湿器的工作状态，以达到设定的湿度值。
- 温湿度耦合处理：当湿度变化时，维持温度恒定在 1℃以内。这是一个极具挑战性的要求，因为温度和湿度之间存在着相互耦合的关系，湿度的变化往往会引起温度的波动，反之亦然。要解决这一问题，需要深入理解温湿度耦合的原理，采用先进的控制算法，如模糊控制、自适应控制等，对加热、降温、加湿、除湿等多个环节进行综合协调控制。通过不断地检测和调整，确保在湿度变化的情况下，温度仍能保持稳定，这对于提升整个系统的性能和稳定性具有重要意义。
三、系统设计思路与方案选择
（一）整体架构搭建
为了实现恒温恒湿安全小屋的各项功能，我们构建了一个全面且高效的系统架构，其总体架构图如下所示：
该架构主要由控制核心、检测模块、执行模块和人机交互模块这几个关键部分组成。控制核心作为整个系统的 “大脑”，发挥着至关重要的作用，它负责协调各个模块之间的工作，确保系统能够稳定、高效地运行。检测模块则像是系统的 “感知器官”，能够实时获取小屋内的温湿度信息，并将这些信息准确地反馈给控制核心。执行模块如同系统的 “手脚”，根据控制核心发出的指令，对加热、降温、加湿、降湿以及对流等设备进行精准控制，从而实现对小屋内温湿度的有效调节。人机交互模块则为用户与系统之间搭建了沟通的桥梁，使用户能够方便地输入指令、查看小屋的温湿度状态以及各项参数的设置。
在数据流向方面，检测模块中的温度传感器和湿度传感器会实时采集小屋内的温度和湿度数据，并将这些模拟信号转换为数字信号，通过数据传输线路发送给控制核心。控制核心接收到数据后，会依据预设的控制算法对数据进行深入分析和处理，进而得出相应的控制指令。这些控制指令会被发送到执行模块，执行模块根据指令控制加热、降温、加湿、降湿以及对流等设备的运行，以此来调整小屋内的温湿度。同时，控制核心还会将处理后的数据传输到人 机交互模块，通过显示屏或其他输出设备，将小屋的温湿度状态以及各项参数直观地展示给用户。用户也可以通过人机交互模块向控制核心输入指令，对系统的运行参数进行调整 。
（二）硬件模块选型
- 温度传感器：在选择用于小屋温度测量的传感器时，我们对多种类型的温度传感器进行了全面且细致的对比分析。常见的温度传感器包括热电偶、热电阻、热敏电阻以及半导体温度传感器等。热电偶具有工作温区宽的显著优点，能够在极高温或极低温的环境下正常工作，但其灵敏度相对较低，在测量过程中还需要进行冷端补偿，并且在存在电磁干扰的环境中，信号噪声比较大，容易受到干扰而影响测量精度。热电阻的线性度和稳定性都较好，测量精度较高，然而其灵敏度同样较低，对工作电源的要求较高，功耗较大，价格也相对昂贵。热敏电阻则具有灵敏度高、响应速度快的特点，尤其是在低温环境下表现出色，但其特性呈现非线性，不同批次的产品互换性较差，灵敏度也不够恒定。半导体温度传感器具有线性好、灵敏度高、功耗低等优点，对工作电源的要求较低，价格也较为亲民。综合考虑小屋温度测量对精度、稳定性以及成本的要求，我们最终选择了半导体温度传感器。它能够满足小屋内温度测量的精度需求，同时其良好的线性度和低功耗特性，也有助于提高系统的整体性能和稳定性，并且相对较低的成本，也符合项目的预算限制。
- 湿度传感器：各类湿度传感器都有其独特的特点。氯化锂湿度传感器是较早被开发和应用的一种，它基于湿敏物质的电阻 - 湿度特性原理工作，具有结构简单、价格低廉、精度较高的优点，适用于常温常湿的测控环境。碳湿敏元件响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄，在气象、环保等领域应用广泛。氧化铝湿度计体积小、灵敏度高、响应速度快，特别适用于高空大气探测、液体水分测量等特殊场合。陶瓷湿度传感器则适用于高温条件下的湿度测量，在工业生产中发挥着重要作用。在小屋湿度检测中，我们选择了电容式湿度传感器。它以电容为基础进行工作，由两个以吸湿介质（聚合物或陶瓷）材料隔开的导电板组成。当湿度增加时，水分子被介电材料吸收，导致电容发生变化，通过检测这种变化就能准确测量湿度。电容式湿度传感器具有高准确性和快速响应的特点，能够及时、准确地检测小屋内湿度的变化。此外，它还可以抵抗污染，即使在有灰尘或其他污染物的环境中也能稳定工作，非常适合小屋内的实际环境。同时，它还可以采用小型化设计以减少功耗，符合系统对低功耗的要求，适合用于便携式设备和电池供电的应用，虽然可能受到电磁干扰（EMI）的影响，但通过适当的屏蔽和接地措施，能够有效减少 EMI 的影响并提高传感器的准确性。
- 加热与降温装置：为了满足小屋快速升温和降温的要求，我们在加热设备方面选择了 PTC 陶瓷发热器。PTC 陶瓷发热器具有升温速度快、发热效率高、安全可靠等优点。它能够在短时间内将电能转化为热能，迅速提升小屋内的温度，并且其自身具有恒温特性，当温度达到一定值后，发热功率会自动降低，避免温度过高，保证了使用的安全性。在降温设备的选型上，我们采用了半导体制冷片。半导体制冷片利用帕尔贴效应实现制冷，具有结构简单、控制方便、制冷速度较快等优势。通过控制电流的大小和方向，可以精确调节制冷量，满足小屋在不同工况下的降温需求。同时，为了提高制冷效率，我们还配备了相应的散热装置，及时将制冷片产生的热量散发出去，确保制冷片能够持续稳定地工作。
- 对流装置：对流装置选用了小型直流风扇，其工作原理是通过电机带动扇叶旋转，使空气产生流动，从而实现小屋内空气的循环。风扇的转速可以通过 PWM（脉冲宽度调制）技术进行精确控制，根据小屋内温度分布的实际情况，调整风扇的转速，以达到均匀温度的目的。当检测到小屋内某些区域温度偏高或偏低时，控制核心会自动调节风扇的转速，加强这些区域的空气对流，使热量能够快速传递，从而减小各处温度偏差，确保小屋内温度分布均匀。这种对流装置具有成本低、安装方便、运行稳定等优点，能够有效地提高小屋内温度的均匀性，为实现恒温环境提供了有力保障。
（三）软件设计框架
- 主程序流程：主程序的流程图如下所示：
系统启动后，首先会进行一系列的初始化工作，包括对微控制器的各个寄存器进行初始化设置，使其处于正确的工作状态；初始化温度传感器和湿度传感器，确保它们能够正常采集数据；初始化加热、降温、加湿、降湿以及对流等执行设备的控制端口，为后续的控制操作做好准备。完成初始化后，系统会进入数据采集阶段，定时读取温度传感器和湿度传感器的数据，并将这些数据存储在相应的变量中，以便后续处理。接下来，系统会将采集到的数据与预设的温湿度阈值进行比较。如果温度低于下限阈值，系统会启动加热装置进行升温；如果温度高于上限阈值，系统会启动降温装置进行降温；如果湿度低于下限阈值，系统会启动加湿装置增加湿度；如果湿度高于上限阈值，系统会启动降湿装置降低湿度。在调节过程中，系统会实时监测温湿度的变化情况，根据变化情况动态调整控制策略，确保温湿度能够尽快达到并稳定在预设范围内。同时，系统还会将温湿度数据以及设备的工作状态通过人机交互模块显示出来，方便用户查看和监控。此外，系统还会实时检测是否有按键输入或其他外部事件发生。如果有按键输入，系统会根据按键的功能执行相应的操作，如调整预设的温湿度阈值、切换显示界面等；如果有其他外部事件发生，系统会按照预先设定的处理逻辑进行响应，确保系统能够及时、准确地处理各种情况。
- 中断处理机制：中断在系统中主要应用于温度突变检测和按键输入检测等场景。当温度传感器检测到温度突变时，会触发外部中断信号。中断处理程序会立即响应这个信号，暂停当前正在执行的任务，转而执行温度突变处理操作。在处理过程中，中断处理程序会迅速读取当前的温度数据，判断温度突变的幅度和方向，并根据预设的策略立即触发报警装置，如启动蜂鸣器鸣叫、点亮报警指示灯等，同时快速调整加热或降温设备的工作状态，使温度尽快恢复恒定。对于按键输入检测，当用户按下按键时，会产生一个中断信号，中断处理程序会捕获这个信号，并读取按键的状态信息，根据按键的功能执行相应的操作，如进入设置界面、调整参数等。中断处理程序的设计思路是尽可能简洁高效，以确保能够快速响应中断事件，避免因处理时间过长而影响系统的实时性。在处理过程中，会先保存当前的现场状态，包括寄存器的值、程序计数器的值等，以便在处理完中断事件后能够恢复到原来的执行状态。然后，根据中断的类型和具体情况，执行相应的处理操作。处理完成后，再恢复现场状态，继续执行被中断的任务 。
四、软件代码实现细节
（一）开发环境搭建
在软件代码实现方面，我们选用了 Keil MDK 作为开发工具。Keil MDK 是一款专为微控制器开发设计的集成开发环境（IDE），它具有强大的代码编辑、编译、调试等功能，在嵌入式系统开发领域应用广泛。其界面友好，操作便捷，能够大大提高开发效率 。
编程语言采用 C 语言，C 语言具有高效、灵活、可移植性强等优点，非常适合嵌入式系统的开发。它能够直接对硬件进行操作，实现对微控制器的精准控制，并且拥有丰富的库函数，方便开发者进行各种功能的实现。
开发环境的配置步骤如下：首先，安装 Keil MDK 软件，按照安装向导的提示，逐步完成软件的安装过程。安装完成后，打开 Keil MDK，创建一个新的工程。在创建工程时，需要选择所使用的微控制器型号，比如我们选用的 STM32F103C8T6，它是一款基于 ARM Cortex - M3 内核的 32 位微控制器，具有丰富的外设资源和较高的性能，能够满足小屋控制系统的需求。选择好微控制器型号后，Keil MDK 会自动加载相应的启动文件和库文件，这些文件为微控制器的初始化和正常运行提供了必要的支持。接下来，配置工程的编译选项，包括设置编译优化等级、选择目标芯片的时钟频率等，以确保编译出的代码能够高效运行 。同时，还需要添加相关的头文件路径，使编译器能够正确找到并包含所需的头文件，这些头文件中定义了各种函数原型、宏定义和数据结构，是实现软件功能的重要基础。
（二）关键代码片段解析
- 温度控制算法实现：温度控制采用了经典的 PID（比例 - 积分 - 微分）控制算法，以下是关键代码片段：
// PID参数定义
float Kp = 1.5, Ki = 0.05, Kd = 0.2;
float setpoint = 25.0; // 设定温度
float error, last_error = 0, integral = 0;
float output;
// PID计算函数
float pid_control(float input) {
error = setpoint - input;
integral += error;
float derivative = error - last_error;
output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;
last_error = error;
return output;
}在这段代码中，Kp、Ki、Kd分别是比例、积分、微分系数，这些系数的取值会直接影响 PID 控制器的性能，需要根据实际情况进行调试和优化。setpoint是设定的目标温度，input是温度传感器实时采集到的当前温度。error表示当前温度与设定温度的偏差，比例控制部分Kp * error根据这个偏差来调整输出，偏差越大，输出的控制量越大，使系统能够快速响应温度的变化。积分控制部分Ki * integral用于消除系统的静态误差，随着时间的积累，积分项会不断累加偏差，当系统存在持续的小偏差时，积分项能够逐渐增大，推动控制器的输出增大，从而减小稳态误差。微分控制部分Kd * derivative则根据偏差的变化率来提前调整输出，当温度变化过快时，微分控制能够及时做出反应，抑制温度的过度变化，减少超调量，使系统更加稳定 。
2. 湿度控制代码逻辑：湿度控制部分的代码逻辑如下：
#define HUMI_SETPOINT 50 // 设定湿度
#define HUMI_HYSTERESIS 5 // 回差
void humidity_control(float humidity) {
if (humidity < HUMI_SETPOINT - HUMI_HYSTERESIS) {
// 启动加湿设备
// 例如控制继电器打开加湿器
control_relay(HUMIDIFIER_ON);
} else if (humidity > HUMI_SETPOINT + HUMI_HYSTERESIS) {
// 启动降湿设备
// 例如控制继电器打开除湿器
control_relay(DEHUMIDIFIER_ON);
} else {
// 关闭加湿和降湿设备
control_relay(HUMIDIFIER_OFF);
control_relay(DEHUMIDIFIER_OFF);
}
}这段代码通过比较当前湿度humidity与设定湿度HUMI_SETPOINT以及回差HUMI_HYSTERESIS来控制加湿和降湿设备的运行。当当前湿度低于设定湿度减去回差时，启动加湿设备，增加空气湿度；当当前湿度高于设定湿度加上回差时，启动降湿设备，降低空气湿度；当湿度在设定湿度的回差范围内时，关闭加湿和降湿设备，保持当前湿度稳定。这种控制方式简单有效，能够避免设备频繁启停，延长设备使用寿命 。
3. 曲线控制代码解析：根据输入温度曲线进行升温 / 降温控制的代码实现原理如下：
// 假设已经定义了温度曲线数组和曲线长度
float temperature_curve[100];
int curve_length = 100;
int curve_index = 0;
void curve_control() {
float current_temperature = read_temperature();
if (curve_index < curve_length) {
float target_temperature = temperature_curve[curve_index];
// 使用PID控制使当前温度接近目标温度
float pid_output = pid_control(current_temperature, target_temperature);
control_heating_cooling(pid_output);
if (abs(current_temperature - target_temperature) < 0.5) {
curve_index++;
}
}
}在这段代码中，temperature_curve数组存储了用户输入的温度曲线，curve_length表示曲线的长度。curve_index用于指示当前需要达到的目标温度在曲线数组中的位置。curve_control函数首先读取当前温度current_temperature，然后根据当前的curve_index从温度曲线数组中获取目标温度target_temperature。接着，使用 PID 控制算法计算出控制量pid_output，通过control_heating_cooling函数控制加热或降温设备的运行，使当前温度逐渐接近目标温度。当当前温度与目标温度的差值小于一定阈值（这里设置为 0.5）时，说明已经达到目标温度，将curve_index增加 1，指向下一个目标温度，继续按照温度曲线进行控制 。
4. 温湿度耦合处理代码：处理温湿度耦合关系的代码如下：
void temperature_humidity_coupling_control(float temperature, float humidity) {
// 根据湿度调整温度控制的设定点
if (humidity > 60) {
setpoint = setpoint - 1;
} else if (humidity < 40) {
setpoint = setpoint + 1;
}
// 进行温度控制
float pid_output = pid_control(temperature);
control_heating_cooling(pid_output);
// 进行湿度控制
humidity_control(humidity);
}这段代码通过判断湿度的大小来调整温度控制的设定点。当湿度大于 60 时，说明空气较为潮湿，适当降低温度控制的设定点，以减少因湿度较高可能带来的不适；当湿度小于 40 时，说明空气较为干燥，适当提高温度控制的设定点，在一定程度上缓解干燥的感觉。然后，分别进行温度控制和湿度控制，通过这种方式来综合处理温湿度耦合关系，确保在湿度变化的情况下，温度仍能保持相对稳定，为用户提供一个舒适的环境 。
（三）代码优化技巧
在代码编写过程中，采用了一系列优化技巧来提高执行效率和节省内存。首先，在算法层面，对一些频繁调用的函数进行了内联处理。例如，对于一些简单的数学计算函数，如计算温度偏差、湿度偏差等函数，使用inline关键字声明为内联函数。内联函数在编译时，函数体直接被嵌入到调用处，避免了函数调用的开销，从而提高了执行效率 。
在内存管理方面，合理使用数据类型。对于一些只需要表示 0 - 255 范围内的变量，如表示传感器状态、设备控制标志等变量，使用uint8_t类型代替int类型。uint8_t类型占用 1 个字节的内存空间，而int类型在大多数情况下占用 4 个字节，这样可以显著节省内存空间。同时，尽量减少全局变量的使用，将变量的作用域限制在最小范围内。全局变量会一直占用内存空间，直到程序结束，而局部变量在函数执行结束后会自动释放内存，通过这种方式可以有效降低内存的占用 。
在循环结构的优化上，尽量减少循环内部的操作。对于一些可以在循环外部计算的常量或表达式，提前计算并存储在变量中，避免在循环内部重复计算。例如，在温度控制的 PID 计算循环中，将一些与 PID 参数相关的常量计算放在循环外部，这样可以减少每次循环时的计算量，提高循环的执行速度 。此外，还对代码进行了模块化设计，将不同的功能模块分别封装成独立的函数和文件，这样不仅提高了代码的可读性和可维护性，还便于在不同的项目中复用代码，减少了代码的冗余，从整体上提高了代码的质量和效率 。
五、调试过程与常见问题解决
（一）硬件调试要点
在硬件调试过程中，可能会遇到各种问题。比如传感器数据异常，当温度传感器或湿度传感器采集到的数据明显偏离实际值时，首先要检查传感器的安装是否正确，是否与被测环境充分接触。有时候传感器的引脚焊接不良，会导致接触电阻增大，影响信号传输，从而使数据出现异常。此时，需要仔细检查焊点，确保焊接牢固。另外，传感器的校准也非常重要，如果传感器未经过校准，其测量精度会受到很大影响。可以使用标准的温湿度源对传感器进行校准，通过调整校准参数，使传感器的测量数据更加准确。
设备不工作也是常见问题之一。若加热装置无法正常升温，要检查加热元件是否损坏，比如 PTC 陶瓷发热器是否有开路现象。同时，还要检查控制加热装置的驱动电路，看是否有元件损坏或焊接错误。若驱动芯片损坏，无法输出正确的控制信号，加热装置就无法工作。对于这类问题，可以使用万用表等工具测量电路中的电压、电阻等参数，判断元件的好坏，进而找出故障点并进行修复 。
（二）软件调试技巧
在软件调试方面，Keil MDK 提供了丰富的调试工具。比如断点调试功能，在代码中设置断点后，程序运行到断点处会暂停执行，此时可以查看各个变量的值，观察程序的执行流程是否正确。通过这种方式，能够快速定位到代码中逻辑错误的位置。例如，在温度控制的 PID 算法实现代码中，如果发现温度控制效果不理想，可以在 PID 计算函数中设置断点，查看每次计算时的误差、积分、微分等变量的值，分析是否是参数设置不合理或者计算过程出现错误。
单步调试也是非常实用的技巧，它可以使程序逐行执行，方便观察每一行代码执行后的结果。在调试一些复杂的函数或循环结构时，单步调试能够帮助我们深入了解代码的执行细节，发现潜在的问题。比如在处理温湿度耦合关系的代码中，通过单步调试可以查看在不同湿度条件下，温度控制设定点的调整是否正确，以及后续的温度控制和湿度控制操作是否按照预期进行 。
（三）综合调试经验分享
在硬件和软件联合调试过程中，要特别注意硬件和软件之间的通信问题。确保硬件发送的数据能够被软件正确接收和处理，软件发送的控制指令也能准确地传输到硬件设备上。有时候，由于通信协议设置错误或者通信线路干扰，会导致数据传输错误，从而使系统出现异常。为了解决这个问题，可以在通信过程中加入校验机制，如 CRC 校验，对传输的数据进行校验，确保数据的准确性。
在联合调试过程中，还可能会遇到硬件和软件协同工作的问题。比如，当软件发出加热指令后，硬件的加热装置响应不及时或者加热过度。这可能是因为硬件的响应速度有限，或者软件的控制算法不够优化。此时，需要对硬件和软件进行综合分析，调整硬件的响应时间参数，优化软件的控制算法，使硬件和软件能够更好地协同工作 。在遇到困难时，要保持冷静，从硬件和软件两个方面入手，逐步排查问题，通过不断地尝试和调整，最终解决问题，使整个系统能够稳定、可靠地运行。
六、总结与展望
回顾 2016 电子设计大赛 E 题恒温恒湿安全小屋的设计过程，这无疑是一场充满挑战与收获的电子设计之旅。从最初对题目要求的深入剖析，到系统设计方案的精心构思与反复权衡，再到硬件模块的细致选型、软件代码的编写与优化，以及最后的调试与问题解决，每一个环节都凝聚着我们的智慧与汗水。
在这个过程中，我们不仅深入掌握了电子设计的核心知识与关键技能，如模拟电路与数字电路的设计与应用、传感器的原理与使用、微控制器的编程与控制等，还学会了如何将这些知识与技能巧妙地融合在一起，解决实际问题。同时，通过不断地尝试与创新，我们锻炼了自己的创新思维和实践能力，培养了坚韧不拔的毅力和团队协作精神。
展望未来，电子设计竞赛的发展前景一片光明。随着科技的飞速发展，竞赛题目将更加紧密地结合前沿技术，如人工智能、物联网、大数据等，这将为参赛者提供更加广阔的创新空间和挑战机遇。在技术发展方面，电子设计将朝着智能化、小型化、低功耗的方向持续迈进。例如，在智能家居领域，未来的恒温恒湿控制系统可能会融入更多的智能算法，实现更加精准的环境控制；在工业自动化领域，电子设计将助力设备实现更高程度的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。
对于广大电子设计爱好者和相关专业的学生来说，积极参与电子设计活动具有不可估量的价值。通过参与竞赛和实践项目，大家可以不断提升自己的专业能力和综合素质，为未来的职业发展打下坚实的基础。在未来的电子设计道路上，希望大家能够保持对电子设计的热爱和探索精神，不断学习新知识、掌握新技能，勇于挑战自我，在电子设计的广阔天地中创造出更加优秀的作品 。
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