完整版)温度控制系统设计

　　完整版)温度控制系统设计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：

　　摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度的设计，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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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亚美体育APP下载地址， 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) 。

　　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。

　　基本的PID算法，需要整定的系数是Kp(比例系数),Ki(积分系数),Kd(微分系数)三个。这三个参数对系统性能的影响如下：

　　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；

　　最小系统板与外部数字电路部分（包括A/D、D/A、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PID算法的 中断采用的是内部定时器，可以简化外围电路。

　　Vo和V(t)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，Vo和V(t)用8位 表示显然是不够的。处理方法是在Vo和V(t)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8位有效位。