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1、大学毕业设计说明书 前 言现代信息技术的三大基础是信息采集（既传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。传感器属于信息技术的前言尖端技术产品，尤其是温度传感器被广泛应用于工农业生产、科学研究和生活领域，数量高居各种传感器之首。近年来温度传感器发展大致经历了以下三个阶段：（1）传统的立式温度传感器（含敏感元件）；（2）模拟集成温度传感器/控制器；（3）智能温度传感器。目前国际上新型传感器正从模拟式向数字式，集成化向智能化发展、网络化的方向发展。而温度传感器在日常生活和工农业生产、科学研究中主要用于温度控制系统中，如我们现在生活中广泛使用空调、智能热水器；农业生产中的温室；科研中
2、使用的色谱仪等，都使用了温度控制器。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，本次就是以ADUC843为核心设计一温度控制器。第一章 绪 论11 温度控制器的简介温度控制器是根据传感器、核心芯片、控制原理的不同来分类的。温度控制系统其控制方法一般分为两种； 一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制，多采用电子式温度控制器。温控器分为机械式和电子式。机械式分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控
3、器。 （液体膨胀式温控器）其中蒸气压力式温控器又分为：充气型、液气混合型和充液型。家用空调机械式都以这类温控器为主。电子式分为：电阻式温控器和热电偶式温控器。（温度测试棒）工作原理 蒸气压力式 以空调为例，波纹管的动作作用于弹簧，弹簧的弹力是由控制板上的旋钮所控制的，毛细管放在空调机的室内吸入空气的风口处，对室内循环回风的温度起反应。当室温上升至调定的温度时，毛细管和波纹管中的感温剂气体膨胀，使波纹管伸长并克服弹簧的弹力把开关触点接通，此时压缩机运转，系统制冷，直到室温又降至设定的温度时，感温包气体收缩，波纹管收缩与弹簧一起动作，将开关置于断开位置，使压缩机的电动机电路切断。以此反复动作，从而
4、达到控制房间温度的目的。 电子式温度控制器 电子式温度控制器（电阻式）是采用电阻感温的方法来测量的，一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及半导体（热敏电阻等）为测温电阻，这些电阻各有其优确点。热敏电阻式温控器是根据惠斯登电桥原理制成的，（下图）是惠斯登电桥。在AD两端接上电源E，根据基尔霍夫定律，当电桥的电阻R1R 0=R2Rx时，B与D两点的电位相等，输出端B与D之间没有电流流过，热敏电阻的阻抗R1的大小随周围温度的上升或下降而改变，使平衡受到破坏，BD之间有输出电流。因此，在构成温控器时，可以很容易地通过选择适当的热敏电阻来改变温度调节范围和工作温度。1.2温控器应用领域和实例介绍温度控制器如生活
5、中经常使用的空调、电冰箱、智能热水器，农业生产中的温室、科学研究中的色谱仪等。以下就介绍几种温度控制器NA320 基本配置温控范围： -45120 C 可编程： 是显示： 数码管、液晶使用条件： 温度-1045，湿度85%，无凝露控制精度： 0.1 C输出参数； 2A/380VAC(纯阻性负载)安装方式： 开孔嵌入式额定电压： 12V、24V、220V、380V控制方式： 制冷、化霜、告警材质： ABS防火材料干式变压器智能温度控制器 OLM-11-4A 性能指标 1. 测量范围：0.0200 2. 测量精度：1.0级（传感器0.5级） 3. 分 辨 率：0.1 4. 工作环境： 环境温度 -
6、20+55 相对湿度 85% 工作电源 AC220V/50(60)Hz 5. 功 耗：8W 6. 重 量：0.5kg 7. 外形尺寸：160mm80mm80mm（宽高深） 8. 通 讯：RS-485通讯,最多接20台仪器 9.传感器型号：Pt100（3mm20mm）10.继电器触点输出：AC250V/5AM2013 M2013系安全简单、可靠及精密温度控制器，具备可接多种形式的输出接口，广泛适用于工业与实验室加热器控制应用。特别应用于模具行业的热流导系统.。 1 工作电压： 直流7V12V DC2 工作环境温度： 0+553 温度控制误差：1.54 PWM可变固定功率输出范围： 0到100.0
7、%5 控制器最大功耗：1W6 可选传感器类型：K.J.E.S.P(Pt100)7 测量精度（校准后）：/-1.0,或1两者皆可8 显示分辨率：0.1或19 刷新速率： 1秒10 继电器输出250V 5A11 壳体为标准1/4DIN尺寸12 CE工业电磁场干扰保护第2章 温度控制器总体方案21 温度控制系统的组成和工作原理温度控制器是对温度进行控制的电开关设备。而控制系统又分为闭环控制系统和开环控制系统。开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭
8、环回路。闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。温度控制器温度控制系统控制温度的原理是：首先通过温度采集系统采集被测温度信号，信号输入到微控器中，输入信号一路在显示电路中显示，另一路与键盘输入的设定值进行比较，如果有偏差通过对偏差进行处理获得控制信号，同时微控器发出脉冲
9、信号给温度控制系统进行调节。以此反复动作，从而达到控制温度的目的。下图就是温度控制系统原理框图温度数据采集系统微控制系统键盘/显示系统控制部分 报警指示电路 图1-1温度控制系统原理框图温度控制系统PID控制在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我
10、们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state
11、Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“
12、超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算
13、整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统
14、工作(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。2.2 总体方案选择本次设计选用的微控制器是美国模拟公司生产的ADUC843芯片,它是全集成的12位数据采集系统,以及高性能的自校准它在单个芯片内包含了高性能的自校准多通道ADC（8通道12位高精度）,所以没有使用A/D转换器,下图就是设计总体方案温度传感器放大电路ADUC843显示电路键盘输入越限报警电路控制电路在线下载 图1-2设计总体方案图具体分析如下：温度数据采集温度检测元件和变送器的类型选择和被控温度的范围及精度等级有关。根据温度控制范围15100，选用集成温度传感器，该类传感器的最大优点是直接给出正比于绝对温度的理想的线性输出，另外，体积小，成本低廉。广泛用于 50150温度范围的温度监测、控制和补偿的 许多场合。选用AD590其工作温度范围-50+150中，有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远
