温度控制系统设计.doc

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 5 第二章 重要电路设计 7 2.1 温度采集 7 2.2 温度控制 7 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 10 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 11 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 12 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