溫度的測(cè)量和控制

1、2012年湖南省大學(xué)年湖南省大學(xué) 生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 題號(hào)：題號(hào)：A溫度的測(cè)量與控制溫度的測(cè)量與控制 2一、一、 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案 采用惠斯頓電橋電路，將Pt100 隨溫度變化而產(chǎn)生的電阻值的變化轉(zhuǎn)變成微弱的電壓的變化再經(jīng)過差動(dòng)放大電路后得到一個(gè)適合單片機(jī)采集范圍的電壓，單片機(jī)根據(jù)采集的電壓值換算成對(duì)應(yīng)的溫度值，再與預(yù)設(shè)的溫度值進(jìn)行比較，輸出控制信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路控制功率負(fù)載的加熱，從而達(dá)到溫度測(cè)量和控制的目的。 PT100是什么？預(yù)設(shè)溫度值采集當(dāng)前溫度與預(yù)設(shè)的溫度值比較產(chǎn)生控制信號(hào)（PWM）控制驅(qū)動(dòng)電路空心瓷管溫度改變散熱怎樣采集當(dāng)前溫度，用什么電路實(shí)現(xiàn)呢？3電源能穩(wěn)定不變嗎？二、溫

2、度采集電路二、溫度采集電路實(shí)際中的電阻有這么精確嗎？n采用惠斯頓電橋測(cè)溫電路，R1,R2，Pt100，R3構(gòu)成測(cè)量電橋并且用基準(zhǔn)源為壓塊驅(qū)動(dòng)電橋(其中R1=R2，R3為100歐姆的精密電阻)當(dāng)Pt100 的電阻值和R3是的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè)毫伏級(jí)的壓差信號(hào)。即將電阻的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化。二、溫度采集電路二、溫度采集電路4三、差模放大電路三、差模放大電路n三運(yùn)放差模放大電路特點(diǎn)：三運(yùn)放差模放大電路特點(diǎn)：n 1)高輸入阻抗。被提取的信高輸入阻抗。被提取的信號(hào)是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱號(hào)是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號(hào)，為了減少信號(hào)源內(nèi)阻的信號(hào)，為了減少信號(hào)源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻影

3、響，必須提高放大器輸入阻抗。抗。 2)高共模抑制比。信號(hào)工頻干高共模抑制比。信號(hào)工頻干擾以及所測(cè)量的參數(shù)以外的作擾以及所測(cè)量的參數(shù)以外的作用的干擾，一般為共模干擾，用的干擾，一般為共模干擾，前置級(jí)須采用前置級(jí)須采用CMRR高的差動(dòng)高的差動(dòng)放大形式，能減少共模干擾向放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。差模干擾轉(zhuǎn)化。 3)低噪聲、低漂移。主要作用低噪聲、低漂移。主要作用是對(duì)信號(hào)源的影響小，拾取信是對(duì)信號(hào)源的影響小，拾取信號(hào)的能力強(qiáng)，以及能夠使輸出號(hào)的能力強(qiáng)，以及能夠使輸出穩(wěn)定。穩(wěn)定。n放大倍數(shù)的計(jì)算：niR7=(u1-u2)/R7nuo1-uo2=iR7(R6+R7+R8) = (u1-u2)

4、(R6+R7+R8)/R7 當(dāng)R9=R10,R11=R13時(shí) uo=-R11/R9(uo1-uo2) =-R11/R9(u1-u2)(R6+R7+R8)/R7 所以得到輸出電壓uo正比于輸入電 壓(u1-u2)。U1U2Uouo1uo2對(duì)電阻的精密度要求高運(yùn)放溫漂要小，相同還存在些問題呢？5采用采用TI的集成芯片的集成芯片nINA128儀表放大器6四、單片機(jī)采集電壓四、單片機(jī)采集電壓nMsp430g2553單片機(jī)內(nèi)部自帶10位ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有8個(gè)外部輸入通道，通過配置內(nèi)部VCC為參考電壓對(duì)外部輸入電壓進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。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、產(chǎn)生控制信號(hào)（五、產(chǎn)生控制信號(hào)（PWM波）波）nPID控制n 在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，控制參數(shù)相互獨(dú)立。

6、PID算法比例項(xiàng)的作用PID算法積分項(xiàng)的作用PID算法微分項(xiàng)的作用int PID( int temp, int control)/temp是當(dāng)前溫度，control 設(shè)置溫度 float Kp=700; /比例系數(shù) float Ki=12; /積分系數(shù) float Kd=5; /微分系數(shù) 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波什么關(guān)系？PID.txt8 PWM波的產(chǎn)生波的產(chǎn)生n定時(shí)器nG2553單片機(jī)具有Time

7、r A,它是一個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)時(shí)器，最多擁有3個(gè)捕獲/比較寄存器。TA可以支持捕獲比較功能、PWM輸出和定時(shí)器功能。TA還有擴(kuò)展中斷的功能，中斷可以由定時(shí)器溢出產(chǎn)生或捕獲比較寄存器產(chǎn)生。時(shí)鐘配置輸出模式配置PID算法返回的P怎樣控制定時(shí)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系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案預(yù)設(shè)溫度值采集當(dāng)前溫度與預(yù)設(shè)的溫度值比較產(chǎn)生控制信號(hào)（PWM）控制驅(qū)動(dòng)電路空心瓷管溫度改變散熱10六、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)六、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)n要求：驅(qū)動(dòng)20V 1A的空心瓷管加 熱。nMOS管驅(qū)動(dòng)電路：管驅(qū)動(dòng)電路：接單片機(jī)pwm輸出空心瓷管Mian.c11七、調(diào)試七、調(diào)試 PT100_程

9、序在編譯通過后不一定就能夠滿足本設(shè)計(jì)的預(yù)期要達(dá)到的目的，往往需要進(jìn)一步更改或調(diào)整程序的某些參量值或代碼段已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。n本設(shè)計(jì)需要調(diào)試的主要部分：n1、電橋的平衡，差模放大電路阻抗的匹配。n2、采集溫度的校準(zhǔn)。n3、PID算法調(diào)試。12注意事項(xiàng)：n1.惠斯頓電橋測(cè)電阻，電阻匹配。n2.三運(yùn)放測(cè)壓差。運(yùn)放要求高輸入阻抗、低溫飄、高共模抑制比。n3.將輸出電壓轉(zhuǎn)換成03.3V提高測(cè)量精度n4.根據(jù)當(dāng)前溫度、設(shè)定溫度調(diào)整PWM波占空比。控制算法要求快速、穩(wěn)定、算法容易實(shí)現(xiàn)、過調(diào)小。模糊PID參數(shù)調(diào)整。避免控溫的慣性（超調(diào)），0.6度時(shí)改變控制參數(shù)。分段處理。13PID參數(shù)的影響 增量式中的對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)的控制意義是: K p 項(xiàng)是有關(guān)被控量變化速度的量,是控制響應(yīng)時(shí)間的項(xiàng); K i 是有關(guān)差值比例的項(xiàng), 該項(xiàng)也是引起超調(diào)的主要原因, 同時(shí)也是控制響應(yīng)時(shí)間的很重要的一項(xiàng); K d 項(xiàng)為控制有關(guān)響應(yīng)的加速度的項(xiàng),與K p 同屬惰性項(xiàng)。該項(xiàng)對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)附近的惰性控制作用要比K p 項(xiàng)大, 由表中可以看出, 當(dāng)en = en- 1 = 0時(shí),該項(xiàng)對(duì)U