單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-19 13:06 本頁(yè)面
【正文】 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：本文介紹了一種基于MSP430 單片機(jī)的溫度測(cè)控裝置。該裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，并能根據(jù)設(shè)定值對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)控溫的目的。控制算法基于數(shù)字PID算法。引言 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[1]。單片機(jī)具有處理能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測(cè)量與控制方面，控制簡(jiǎn)單方便，測(cè)量范圍廣，精度較高。 本文設(shè)計(jì)了一種基于MSP430單片機(jī)的溫度測(cè)量和控制裝置，能對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量，并能根據(jù)溫度給定值給出調(diào)節(jié)量，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的目的。1 整體方案設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以MSP430單片機(jī)為控制核心。整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、I/O設(shè)備、控制執(zhí)行系統(tǒng)等。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)控制框圖如下所示： 溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號(hào)后，將電壓信號(hào)放大到單片機(jī)可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)低通濾波，濾掉干擾信號(hào)送入單片機(jī)。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，采樣后對(duì)信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字濾波。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果不相符，數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測(cè)得值的差值按PID控制算法設(shè)計(jì)控制量，觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。如果檢測(cè)值高于設(shè)定值，則啟動(dòng)制冷系統(tǒng)，降低環(huán)境溫度；如果檢測(cè)值低于設(shè)定值，則啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，提高環(huán)境溫度，達(dá)到控制溫度的目的。2 溫度信號(hào)檢測(cè) 本系統(tǒng)中對(duì)檢測(cè)精度要求不是很高，室溫下即可，所以選用高精度熱敏電阻作為溫度傳感器。熱敏電阻具有靈敏度較高、穩(wěn)定性強(qiáng)、互換精度高的特點(diǎn)?？墒狗糯笃麟娐窐O為簡(jiǎn)單, 又免去了互換補(bǔ)償?shù)穆闊?熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度特性,當(dāng)溫度升高時(shí),電阻值減小,它的阻值—溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線,非線性度較大。而對(duì)于本設(shè)計(jì)，因?yàn)闇囟纫蟛桓?，是在室溫環(huán)境下，熱敏電阻的阻值與環(huán)境溫度基本呈線性關(guān)系[2]，這樣可以通過(guò)電阻分壓簡(jiǎn)單地將溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值。 給熱敏電阻通以恒定的電流，可得到電阻兩端的電壓，根據(jù)與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù)T0 以及特性系數(shù)k，可得下式T＝T0kV(t) (1)式中T為被測(cè)溫度。根據(jù)上式，可以把電阻值隨溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓值隨溫度變化的關(guān)系,由于熱敏電阻的電信號(hào)一般都是毫伏級(jí)，必須經(jīng)過(guò)放大，將熱敏電阻測(cè)量到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為0～，才能在單片機(jī)中使用。下圖為放大電路原理圖。 由于傳感器輸出微弱的模擬信號(hào)，當(dāng)信號(hào)中存在環(huán)境干擾時(shí)，干擾信號(hào)也被同時(shí)放大，影響檢測(cè)的精度，需用濾波電路對(duì)先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，以提高信號(hào)的抗干擾能力。本系統(tǒng)采用巴特沃斯二階有源低通濾波電路。選取該巴特沃斯二階有源低通濾波電路的截止頻率fH=10 kHz 。3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)溫度控制器控制溫度范圍100℃到400℃，采用
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