温度的测量和控制

1、2012年湖南省大学年湖南省大学 生电子设计竞赛生电子设计竞赛 题号：题号：A温度的测量与控制温度的测量与控制 2一、一、 系统方案系统方案 采用惠斯顿电桥电路，将Pt100 随温度变化而产生的电阻值的变化转变成微弱的电压的变化再经过差动放大电路后得到一个适合单片机采集范围的电压，单片机根据采集的电压值换算成对应的温度值，再与预设的温度值进行比较，输出控制信号通过驱动电路控制功率负载的加热，从而达到温度测量和控制的目的。 PT100是什么？预设温度值采集当前温度与预设的温度值比较产生控制信号（PWM）控制驱动电路空心瓷管温度改变散热怎样采集当前温度，用什么电路实现呢？3电源能稳定不变吗？二、温

2、度采集电路二、温度采集电路实际中的电阻有这么精确吗？n采用惠斯顿电桥测温电路，R1,R2，Pt100，R3构成测量电桥并且用基准源为压块驱动电桥(其中R1=R2，R3为100欧姆的精密电阻)当Pt100 的电阻值和R3是的电阻值不相等时，电桥输出一个毫伏级的压差信号。即将电阻的变化转化成电压的变化。二、温度采集电路二、温度采集电路4三、差模放大电路三、差模放大电路n三运放差模放大电路特点：三运放差模放大电路特点：n 1)高输入阻抗。被提取的信高输入阻抗。被提取的信号是不稳定的高内阻源的微弱号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器输入阻影

3、响，必须提高放大器输入阻抗。抗。 2)高共模抑制比。信号工频干高共模抑制比。信号工频干扰以及所测量的参数以外的作扰以及所测量的参数以外的作用的干扰，一般为共模干扰，用的干扰，一般为共模干扰，前置级须采用前置级须采用CMRR高的差动高的差动放大形式，能减少共模干扰向放大形式，能减少共模干扰向差模干扰转化。差模干扰转化。 3)低噪声、低漂移。主要作用低噪声、低漂移。主要作用是对信号源的影响小，拾取信是对信号源的影响小，拾取信号的能力强，以及能够使输出号的能力强，以及能够使输出稳定。稳定。n放大倍数的计算：niR7=(u1-u2)/R7nuo1-uo2=iR7(R6+R7+R8) = (u1-u2)

4、(R6+R7+R8)/R7 当R9=R10,R11=R13时 uo=-R11/R9(uo1-uo2) =-R11/R9(u1-u2)(R6+R7+R8)/R7 所以得到输出电压uo正比于输入电 压(u1-u2)。U1U2Uouo1uo2对电阻的精密度要求高运放温漂要小，相同还存在些问题呢？5采用采用TI的集成芯片的集成芯片nINA128仪表放大器6四、单片机采集电压四、单片机采集电压nMsp430g2553单片机内部自带10位ADC模数转换器，具有8个外部输入通道，通过配置内部VCC为参考电压对外部输入电压进行采集转换，将模拟电压值转换为数字信号。nADC10CTL0 |= ENC +ADC1

5、0SC+AD10ON;n ADC10CTL1 = INCH0; n_bis_SR_register(CPUOFF); nAD=ADC10MEM;nAD_temp=(int)(float)AD/1024)*3300);n i+; n sum_temp+=AD_tem; n if(i=10000)n i=0; n v_temp=sum_temp/10000;n Ad10.pdf7五、产生控制信号（五、产生控制信号（PWM波）波）nPID控制n 在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，控制参数相互独立。

6、PID算法比例项的作用PID算法积分项的作用PID算法微分项的作用int PID( int temp, int control)/temp是当前温度，control 设置温度 float Kp=700; /比例系数 float Ki=12; /积分系数 float Kd=5; /微分系数 ek=(control-temp); P=125-Kp*(ek-ek1)-Ki*Kd*(e2*ek1- k2)- 0.050*( control-300); ek2=ek1; ek1=ek; return P;P和PWM波什么关系？PID.txt8 PWM波的产生波的产生n定时器nG2553单片机具有Time

7、r A,它是一个16位的定时/计时器，最多拥有3个捕获/比较寄存器。TA可以支持捕获比较功能、PWM输出和定时器功能。TA还有扩展中断的功能，中断可以由定时器溢出产生或捕获比较寄存器产生。时钟配置输出模式配置PID算法返回的P怎样控制定时器呢？#include void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /StopWDTP1DIR |= 0 x01; / P1.0 outputCCTL1 = CCIE; / CCR1 interrup enabledCCR1 = 50000; TACTL = TASSEL_2 + MC_2; /SMCLK,Contmod

8、eBIS_SR(LPM0_bits + GIE); / LPM0 /interrupt#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR_interrupt void Timer_A(void) if(TA0IV) P1OUT = 0 x01; CCR1 = 50000; CCR1=P;9系统方案系统方案预设温度值采集当前温度与预设的温度值比较产生控制信号（PWM）控制驱动电路空心瓷管温度改变散热10六、驱动电路的设计六、驱动电路的设计n要求：驱动20V 1A的空心瓷管加 热。nMOS管驱动电路：管驱动电路：接单片机pwm输出空心瓷管Mian.c11七、调试七、调试 PT100_程

9、序在编译通过后不一定就能够满足本设计的预期要达到的目的，往往需要进一步更改或调整程序的某些参量值或代码段已达到设计要求。n本设计需要调试的主要部分：n1、电桥的平衡，差模放大电路阻抗的匹配。n2、采集温度的校准。n3、PID算法调试。12注意事项：n1.惠斯顿电桥测电阻，电阻匹配。n2.三运放测压差。运放要求高输入阻抗、低温飘、高共模抑制比。n3.将输出电压转换成03.3V提高测量精度n4.根据当前温度、设定温度调整PWM波占空比。控制算法要求快速、稳定、算法容易实现、过调小。模糊PID参数调整。避免控温的惯性（超调），0.6度时改变控制参数。分段处理。13PID参数的影响 增量式中的对实际控制系统的控制意义是: K p 项是有关被控量变化速度的量,是控制响应时间的项; K i 是有关差值比例的项, 该项也是引起超调的主要原因, 同时也是控制响应时间的很重要的一项; K d 项为控制有关响应的加速度的项,与K p 同属惰性项。该项对稳定点附近的惰性控制作用要比K p 项大, 由表中可以看出, 当en = en- 1 = 0时,该项对U