温度控制系统设计及有关解读

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1、温度控制系统温度控制系统设计目录第一章系统方案论证21.1总体方案设计21.2温度传感系统31.3温度控制系统及系统电源31.4单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计41.5PID算法原理5第二章重要电路设计72.1温度采集72.2温度控制7第三章软件流程83.1基本控制83.2PID控制93.3时间最优的PID控制流程图10第四章系统功能及使用方法114.1温度控制系统的功能114.2温度控制系统的使用方法11第五章系统测试及结果分析115.1硬件测试115.2软件调试12第六章进一步讨论12参考文献13致谢13温度控制系统摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章

2、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:Thispaperintroducesatemperaturecontrolsystemthatisbasedonthesingle-chipmicrocomputer.ThehardwarecompositionandsoftwaredesignaredescriedindetailcombinedwiththeprojectComtrolSystemofTemperature.Keywords:ControlsystemoftemperatureP

3、IDcontrolSingle-chipMicrocomputer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℃温度控制系统(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。

4、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系统总体框图保温箱半导体致冷片温度传感A/D转换传感器半导体致冷片单片机电压放大控温电路D/A转换1.2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

5、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。温度控制系统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，

6、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5

7、V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；②控制层调用PID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。温度控制系统最小系统板与外