DOC《温度控制系统设计》

温度控制系统设计 目录

第一章 系统方案论证

2 1.

1 总体方案设计

2 1.2 温度传感系统

3 1.3 温度控制系统及系统电源

3 1.4 单片机处理系统(包括数字部分)及温控箱设计

4 1.5 PID算法原理

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第二章 重要电路设计

7 2.1 温度采集

7 2.2 温度控制

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第三章 软件流程

8 3.1 基本控制

8 3.2 PID控制

9 3.3 时间最优的PID控制流程图

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第四章 系统功能及使用方法

11 4.1 温度控制系统的功能

11 4.2 温度控制系统的使用方法

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第五章 系统测试及结果分析

11 5.1 硬件测试

11 5.2 软件调试

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第六章 进一步讨论

12 参考文献

13 致谢

13 摘要:本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计,文章结合课题《温度控制系统》,从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述. 关键词:温度控制系统 PID控制 单片机 Abstract: This paper introduces a temperature control system that is based on the single-chip microcomputer.The hard ware composition and software design are descried indetail combined with the project Comtrol System of Temperature. Keywords: Control system of temperature PID control Single-chip Microcomputer 引言: 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的.本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统.温度控制采用改进的PID数字控制算法,显示采用LED静态显示.该系统设计结构简单,按要求有以下功能: (1)温度控制范围为20~40°C;

(2)有加热和制冷两种功能 (3)指标要求: 超调量小于2°C;

过渡时间小于5min;

静差小于0.5℃;

温控精度0.2℃ (4)实时显示当前温度值,设定温度值,二者差值和控制量的值.

第一章 系统方案论证 1.1 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压,经温度采集电路放大、滤波后,送A/D转换器采样、量化,量化后的数据送单片机做进一步处理;

当前温度数据和设定温度数据经PID算法得到温度控制数据;

控制数据经D/A转换器得到控制电压,经功率放大后供半导体致冷器加热或制冷,从而实现温度的闭环控制. 系统大致可以分为:传感、单片机处理、控制及温控箱. 图1-1 系统总体框图 温度传感系统 换能部分采用了电压电路,这主要考虑了电压信号不容易受干扰、容易与后续电路接口的优势;

经过铂电阻特性分析,在要求的温度范围内铂电阻的线性较好,所以不必要增加非线性校正电路;

采样电压再经过高精度电压放大电路和隔离电路之后输出;

另外,由于高精度的需要,电路对电源要求较高,所以采用稳压电源电路的输出电压,并且需要高精度运放. 因为温度变化并不是很快,所以电路对滤波器的要求并不高,这里采用了一阶滤波即可满足要求. 1.3 温度控制系统及系统电源 1.3.1 温度控制系统 温度控制系统需要完成的功能为:D/A转换器输出的电压控制信号,经过电压放大,再通过功率单元提高输出功率后,控制半导体制冷器件加热或制冷.故此子系统可分为电压放大、功率输出两部分. D/A转换器输出的电压控制信号经过电压放大、功率放大后,给两片半导体制冷器件供电.另外单片机还输出一个用来控制是加热还是制冷的控制信号. 功率放大电路采用LM33稳压芯片,可承受高输出电流,且Vout端输出电压与Vadj端的电压差保持不变的特点,可将控制信号利用运放方向放大后,输入至稳压芯片的Vadj端,输出信号的电压范围和功率放大至合适的大小.具体设计为D/A输出的控制信号,经上述处理,在Vout端利用继电器,由单片机输出的加热制冷控制信号控制继电器的闭合方向,改变半导体器件的电流方向,从而控制加热或制冷. 1.3.2 系统电源 本设计需要供电的部分有温度采集部分须有基准电压+5V供电,单片机处理系统的数字电路部分需要+5V的电源,而实验室的5V电源会有纹波,故采用稳压芯片LM317自行设计,电路如图,调节可变电阻,即可得到所需的电压. 其中可变电阻R1是起到分压得作用,避免在LM317上的压降过大,否则LM317发热,会使电压不稳. 1.4 单片机处理系统及温控箱设计 1.4.1单片机系统 单片机系统结构如下: ① 模数部分将传感信号量化为8位二进制数,并将其送入最小系统板;