文档介绍：第1页 1前言恒定温度的设备,被广泛地应用于生产、生活、实验等领域。在医用、水产、特种工业、工业探伤、照相等行业,都需要有稳定而精确的温度。在本设计中, 我们针对培养箱而设计的一个恒温系统,在系统里,通过对恒温箱温度的检测与变送传到单片机,与给定值进行比较,单片机对数据进行处理,根据偏差信号的大小输出驱动 PWM 输出,通过改变 PWM 输出的周期和幅值,控制发热丝的功率,从而达到恒温箱内温度控制的目的。本设计是对恒温箱进行温度控制。从箱内温度的检测、变换到信号的转换和传送这一系列的过程都牵扯到很多的知识,在设计过程中我们也遇到很多困难, 比如说温度测量器件的选用,变换成电压信号还是电流信号,相应的怎么传送等, 都经过了考虑才选择了这个方案。单片机的设计中,单片机外部线路的设计,端口的分配和选用,复位和内部时钟的配合和电路的驱动等方面也遇到了不少问题,经过讨论我们都基本上解决了。加热电路我们选择了 IGBT 作为开关器件, IGBT 可控而且开关频率很高,适合用在控制频繁通断的场合。这里利用芯片 DS18B20 作为恒温箱的温度检测元件。 DS18B20 芯片可以直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。单片机从外部设置两位拨码开关进行预置数,读入的数据与预置数进行比较,根据偏差的大小,单片机执行程序对 PWM 进行控制,经过对 PWM 的输出脉冲进行放大,也就是对恒温箱内电阻丝的驱动,对恒温箱进行加热,使箱内温度升高,热电偶连续对恒温箱进行温度检测,当偏差存在时单片机就继续驱动后继电路进行加热,直到偏差为零。本设计主要完成了热电恒温箱单片机微机控制系统的硬件电路设计和控制程序的软件编写,对控制系统的主要器件进行了选型和分析,并且对整个控制系统的 PID 控制程序进行了仿真调试。整个设计基本满足设计要求。第2页 2 总体方案设计 方案一图 方案一总体图利用热电偶作为恒温箱的温度检测元件,应用桥式电路对热电偶作为补偿。热电偶出来的电流信号通过转换变成电压信号,再进行 A/D 转换变换成单片机可以接受的电压信号,在从单片机读入进行数据处理。单片机从外部设置两位拨码开关进行预置数,读入的数据与预置数进行比较,根据偏差的大小,单片机执行程序对 PWM 进行控制,经过对 PWM 的输出脉冲进行放大,也就是对恒温箱内电阻丝的驱动,对恒温箱进行加热,使箱内温度升高,热电偶连续对恒温箱进行温度检测,当偏差存在时单片机就继续驱动后继电路进行加热,直到偏差为零。在控制过程中,存在着检测信号与控制信号之间的滞后关系,因此,在单片机的控制程序里加入了数字 PID 控制算法,是控制更加的准确。单片机的设计包括外部时钟和上电复位电路计。单片机对温度的检测可以通过三个 LED 进行显示。第3页方案二图 方案二总体图利用 DS18B20 作为恒温箱的温度检测元件, 直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。单片机从外部设置两位拨码开关进行预置数,读入的数据与预置数进行比较,根据偏差的大小,单片机执行程序对 PWM 进行控制,经过对 PWM 的输出脉冲进行放大, 也就是对恒温箱内电阻丝的驱动,对恒温箱进行加热,使箱内温度升高,热电偶连续对恒温箱进行温度检测,当偏差存在时单片机就继续驱动后继电路进行加热,直到偏差为零。在控制过程中,存在着检测信号与控制信号之间的滞后关系,因此,在单片机的控制程序里加入了数字 PID 控制算法,是控制更加的准确。单片机的设计包括外部时钟和上电复位电路计。单片机对温度的检测可以通过 1602 液晶显示。 方案比较与选择 ,热电偶的测量范围和精度要求都符合本设计的需要,在不同的环境下所需要的补偿是不一样的,而且输入单片机要进行模数转换, 增加了转换电路即增加了成本, 转换还需要时间, 那往往就给控制带来了很多麻烦,而且给恒温巷的使用带来一定的局限性,使保温箱不能得到推广,给厂家大批量的生产也带来了很多不便。线性化的处理往往是应用热电偶的第4页约束。而在方案二中,应用的是测量温度的专用芯片,避免了上述的一些问题, 而且应用方案二的芯片使测量的灵敏度增加不少。 ,热电偶测量出来的信号是电流信号,电流信号适合远距离传输,而到单片机的距离不大,电流信号容易受外界的干扰而影响了测量信号,导致测量的误差增加,就算可以用其他方法消除干扰信号,也麻烦。而在方案二中, 测量出来的是电压信号,能直接输入单片机,方便而且准确,不容易受外界干扰。 ,需要进行电流——电压的转换,在经过 A/D 转换,在经过标准化处理才能的到标准的数字电压向输入单片机,而方案二中却可以直接输入。综上所述:方案二比方案一有更大的优越性,而且方案二只用一个芯片就可