唐杉林

(無(wú)錫市計(jì)量檢定測(cè)試中心）

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簡(jiǎn)易高精度溫度測(cè)控系統(tǒng)

唐杉林

(無(wú)錫市計(jì)量檢定測(cè)試中心）

摘要：工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)以及研發(fā)對(duì)溫度的精確度有這很高的要求，尤其是大型的制造工業(yè)中更是如此，這是保障工業(yè)生產(chǎn)能夠正常穩(wěn)定按計(jì)劃進(jìn)行的必備條件。本文介紹了一種簡(jiǎn)易的高精度測(cè)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的敘述了他的工作原理，希望有所助益。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)設(shè)計(jì)；溫度側(cè)測(cè)控

在工業(yè)的生產(chǎn)中，通過(guò)溫度測(cè)控精確把握溫度從而順利進(jìn)行生產(chǎn)是工業(yè)發(fā)展的必然。傳統(tǒng)的溫度測(cè)控系統(tǒng)多數(shù)是通過(guò)將溫度傳感器采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行分析，進(jìn)行AD的轉(zhuǎn)換，在單片機(jī)中進(jìn)行進(jìn)一步的處理加工，從此我們可以看出要提高工業(yè)溫度測(cè)控器的溫度準(zhǔn)確度，就必須對(duì)溫度傳感器和轉(zhuǎn)換器進(jìn)行革新，本系統(tǒng)采用DSP為核心的高精度控制方式，下文將從軟件和硬件系統(tǒng)兩方面進(jìn)行介紹。

1　總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

非線性晶體溫度測(cè)控系統(tǒng)主要是由三部分組成的，其總的工作原理和眾多的其他智能化系統(tǒng)一樣，首先就是對(duì)有關(guān)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，主要是通過(guò)溫度傳感器和AD的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行，其次是進(jìn)行溫度的控制，器控制的方式主要是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和轉(zhuǎn)換器等，為了實(shí)現(xiàn)溫度的隨時(shí)可控和管理，將設(shè)計(jì)相關(guān)的外圍電路，例如鍵盤、儲(chǔ)存器、報(bào)警電路等。

系統(tǒng)的工作原理就是非線性的晶溫度競(jìng)奪Pt100的溫度傳感器轉(zhuǎn)化為溫度的信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)溫度的放大和分析，轉(zhuǎn)換器將所得送入單片機(jī)中，通過(guò)外圍電路進(jìn)行溫度的現(xiàn)實(shí)，更準(zhǔn)確的將溫度差以及溫度變化的情況進(jìn)行通過(guò)計(jì)算算出相應(yīng)的溫度控制量，經(jīng)過(guò)對(duì)所得的控制量進(jìn)行輸出，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器和一系列的加熱制冷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制。

1.1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件的設(shè)計(jì)注重對(duì)溫度量獲取的溫度傳感器和轉(zhuǎn)換器的研究，傳統(tǒng)的傳感器具有測(cè)量誤差大，穩(wěn)定性不強(qiáng)，自然溫度控制的精度低一些，在溫度傳感器中選擇使用鉑電阻的傳感器，因?yàn)樗雀?、穩(wěn)定性強(qiáng)、反映的速度快、對(duì)溫度控制范圍廣等優(yōu)勢(shì)，這邊是它能夠制作成為溫度傳感器的原因所在100的鉑電阻的阻值在使用中隨著溫度的上升下降進(jìn)行不斷的變化，通過(guò)一定的計(jì)算公式可以將溫度與阻值的關(guān)系明確的表達(dá)出來(lái)。同時(shí)，根據(jù)我們的生活常識(shí)都可以知道，環(huán)境溫度變化以及電阻自身發(fā)熱等產(chǎn)生的熱量會(huì)影響到溫度變化，將會(huì)影響到溫度精確度的測(cè)量，為此我們將采用電橋電路來(lái)提高溫度測(cè)量的精確度，減少環(huán)境和設(shè)備本身的影響。電橋選用了超低噪音、精度高的AD R 4525為電壓源，通過(guò)對(duì)電壓、最大溫度系數(shù)和輸出噪音的控制降低相關(guān)因素的印象，從而滿足測(cè)量的要求。

電橋輸出的信號(hào)比較微弱，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析存在著一定的困難，因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，這主要是靠精密儀器放大器INA114來(lái)進(jìn)行操作，經(jīng)過(guò)A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，接下來(lái)的工作原理將和之前的一樣，通過(guò)計(jì)算得到準(zhǔn)確的數(shù)值，求得所需的溫度。單片機(jī)的處理主要是完成溫度數(shù)據(jù)的采集和處理，可以完成其他數(shù)據(jù)的收集和控制，有較好的擴(kuò)展性，在此基礎(chǔ)上，選用具有浮點(diǎn)計(jì)算功能的芯片進(jìn)行控制，主要選用執(zhí)行速度快，計(jì)算機(jī)智能化處理能力強(qiáng)、外設(shè)資源多樣的TMS320F28335來(lái)進(jìn)行控制，再通過(guò)輸出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行下一步的工作。

驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)TEC，實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性晶體的溫度控制。所謂TEC就是利用效用原理制造出來(lái)的能夠進(jìn)行加熱或者制冷的設(shè)備，其控制的主要方式是對(duì)通過(guò)的電流大小和方向進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它可以避免現(xiàn)相關(guān)點(diǎn)在接近環(huán)境工作點(diǎn)時(shí)的震蕩，性價(jià)比比較高，并且溫度控制的精確度也極高。

1.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)高溫度測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要指在溫度測(cè)控系統(tǒng)中常用的計(jì)算方式以及計(jì)算原理等。就目前而言，在溫度控制中使用最廣泛、最頻繁的是PID控制算法，高精度的溫度控制通過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高且使用便捷的DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PID的控制，這樣就能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)控制量的比例進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，減少比例調(diào)節(jié)的偏差，如果積分系數(shù)過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，擊飛系數(shù)過(guò)小則會(huì)降低系統(tǒng)的速率，通過(guò)檢測(cè)對(duì)積分出現(xiàn)的偏差進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行有效的控制，實(shí)現(xiàn)溫度的正常運(yùn)行，提高對(duì)溫度監(jiān)控的穩(wěn)定性控制，取得溫度測(cè)控的最佳效果。

1.3外圍電路設(shè)計(jì)

外圍電路的設(shè)計(jì)主要是一個(gè)將確定好的數(shù)字進(jìn)行顯示、儲(chǔ)存的過(guò)程。將測(cè)量好的溫度值在顯示器上進(jìn)行顯示，通過(guò)鍵盤設(shè)定我們想要的目標(biāo)值，進(jìn)行參數(shù)的修改，一定范圍的報(bào)警系統(tǒng)處理等，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能化下的電腦遠(yuǎn)程控制。

2　溫度測(cè)控和程序設(shè)計(jì)

通過(guò)上文整個(gè)系統(tǒng)硬件、軟件和外圍電路的設(shè)計(jì)，我們可以清楚地認(rèn)識(shí)到整個(gè)系統(tǒng)的程序運(yùn)行，從最初的系統(tǒng)初始化，主要程序的運(yùn)行、溫度的收集和分析乃至最后參數(shù)修改進(jìn)行數(shù)據(jù)的變化和控制等，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確測(cè)量，假設(shè)在室溫為28攝氏度的環(huán)境下，系統(tǒng)將目標(biāo)溫度設(shè)計(jì)為45攝氏度，我們就可以通過(guò)高溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)，對(duì)溫度的數(shù)值和對(duì)應(yīng)的時(shí)間等結(jié)合起來(lái)，在正常情況下，此系統(tǒng)能夠保證溫度控制的穩(wěn)定性和精確性。

3　總結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)一款系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，通過(guò)對(duì)高溫度則控系統(tǒng)中的溫度傳感器等硬件設(shè)施和計(jì)算方式等軟件設(shè)計(jì)、外圍電路進(jìn)行述說(shuō)，實(shí)驗(yàn)證明此系統(tǒng)精確度、響應(yīng)能力一會(huì)集成程度都很快，安全性和穩(wěn)定也有很大程度的保證，在提高工業(yè)的生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行下我們都應(yīng)該將其推廣引用，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的高精度控制，保證工業(yè)生產(chǎn)溫度控制的大關(guān)。

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Simple high precision temperature measurement and control system

Tang Shanlin
(Wuxi measuring and Testing Center)

Abstract：Industrial products production and R & D of temperature accuracy has the very high requirements, especially in large manufacturing industry is even more so.This is to ensure that industrial production can normally and steadily according to plan the necessary conditions.This paper introduces a simple high precision measurement and control system,and simply describes the principle of his work.

Keywords：system design;temperature measurement and control