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错误!未指定书签。

总体方案设计错误!未指定书签。

温度传感系统错误!未指定书签。

温度控制系统及系统电源错误!未指定书签。

单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误!未指定书签。

算法原理错误!未指定书签。

第二章重要电路设计错误!未指定书签。

温度采集错误!未指定书签。

温度控制错误!未指定书签。

第三章软件流程错误!未指定书签。

基本控制错误!未指定书签。

控制错误!未指定书签。

时间最优的控制流程图错误!未指定书签。

第四章系统功能及使用方法错误!未指定书签。

温度控制系统的功能错误!未指定书签。

温度控制系统的使用方法错误!未指定书签。

第五章系统测试及结果分析错误!未指定书签。

硬件测试错误!未指定书签。

软件调试错误!未指定书签。

第六章进一步讨论错误!未指定书签。

参考文献错误!未指定书签。

致谢错误!未指定书签。

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：温度控制系统控制单片机

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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数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能：

()温度控制范围为°;

()有加热和制冷两种功能

()指标要求：

超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃

()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

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算法得到温度控制数据；

控制数据经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－系统总体框图

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。

温度控制系统及系统电源

温度控制系统

温度控制系统需要完成的功能为：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。

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。

功率放大电路采用稳压芯片，可承受高输出电流，且端输出电压与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。具体设计为输出的控制信号，经上述处理，在端利用继电器，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。

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供电，单片机处理系统的数字电路部分需要＋的电源，而实验室的电源会有纹波，故采用稳压芯片自行设计，电路如图，调节可变电阻，即可得到所需的电压。

其中可变电阻是起到分压得作用，避免在上的压降过大，否则发热，会使电压不稳。

VIN

3

A D J

1

VOUT

2U1LM317R1

3k

C11u R23k C2100u

R3240

+15V

+5V

单片机处理系统及温控箱设计 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位二进制数，并将其送入最小系统板； ② 控制层调用算法，计算出控制量，同时提供人机交互； ③ 数模部分将控制量转换为模拟电压，送入温度控制部分。 最小系统板与外部数字电路部分（包括、、外部中断源信号等）的通信参照了微机原理与接口实验中的实验箱电路的连接方法。调用算法的中断采用的是内部定时器，可以简化外围电路。 温控箱设计

我们用实验室提供的材料自己设计制作了温度控制箱体。控温箱为正方体铝箱，在其中相对的两个内侧表面用导热硅胶粘贴了半导体致冷材料而成。为提高箱体绝热性能，在除了粘有半导体材料之外的其他内表面，都贴有保温塑料层，为加强密闭性，尽量减少控制箱腔内体积，又要露出全部的半导体制冷片，我们采用的是“工字形”方案，即：将填入铝箱的保温塑料层做成一个无接缝的整体，相对的半导体制冷片的两侧挖空，露出其全部面积，中间留有一个很小的腔体作为温度控制的空间（插入热敏电阻与标准表探头）。我们采用将箱体放入冷水中的方法解决温控箱的散热问题。 算法原理 、基本算法

其中

和()都是八位二进制数，用一个字节存储。在上述公式中，存在差项，需要用补码来表示负数。所以必须用最高位作为符号位，和()用位表示显然是不够的。处理方法是在和()前面补一个值为零的字节，以两字节来表示，运算的最终结果结果取位有效位。基本的算法，需要整定的系数是（比例系数）（积分系数）（微分系数）三个。这三个参数对系统性能的影响如下：（） 比例系数

① 对动态性能的影响 比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，偏大，振荡次数加多，调节时间加长。当太大时，系统会趋于不稳定，若太小，又会使系统的动作缓慢；② 对稳态性能的影响 加大比例系数，在系统稳定的情况下，可以减小静差，提高控制精度，但是加大只是减少静差，不能完全消除。（） 积分系数