论文基于PT100温度控制系统设计和实现是关于本文可作为控制系统方面的大学硕士与本科毕业论文家庭智能化控制系统论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
摘 要：PT100铂热电阻是工业生产中常用的测温元件,本文设计了一种以PT100为核心,MSP430F149为主控芯片,采用DC-DC温控电路和桥式测温电路的智能温度控制系统.DC-DC温控电路控制对空心陶瓷电阻进行加热；桥式测温电路将温度信号化为电压信号,再经差分放大后反馈给单片机,进行PID调节.经实际测试,系统工作稳定可靠,0℃至80℃温度可调,温度测量精度在±0.2℃以内,最长恒温时间为3分钟.
关键词：PT100；MSP430；惠斯通电桥；DC-DC
0 引言
温度是表征物体冷热程度的物理量,在工业生产、生活应用和科学研究中是一个非常重要的参数[1].在工业生产、生活应用或科学研究中,不可避免的要对一些控制对象进行温度监控和控制,对温度的实时监控是实现温度控制的前提,也有利于对控制对象的及时检查和保护.文献[2]提出了一种高精度测温系统设计,采用最小二乘法和PT100线型拟合.优点是测温精度高,但没有对控制对象进行温度控制,亦无法保护控制对象.文献[3]提出了一种温度测控系统,对温度控制简单、方便,并能有效保持温度,但温度调节速度慢,测温精度也仍需提高.
综上所述,本文采用脉冲宽度调制技术,设计了一种高精度测温的温度控制系统.该系统主要由DC-DC温度控制电路和桥式测温电路组成,以PT00为核心进行高精度温度测量,以MSP430F149单片机为主控模块进行温度的控制,实现高精度温度调节.
1 系统方案设计
系统采用PT100铂热电阻做温度传感器,利用DC-DC温度控制模块对大功率电阻加热完成温度的测量和控制.温度采集电路以PT100为核心,通过惠斯通电桥完成温度信号到电信号的转换,再经运放两级放大,反馈给单片机进行温度调节.温度控制系统由单片机根据输入和反馈信号的偏差进行PID调节,利用脉冲宽度调制技术产生PWM,控制DC-DC模块中的开关管对空心瓷管加热,实现温度的控制.可以通过键盘控制模块设定目标温度值,当温度值超过规定值时,系统通过蜂鸣器报警.为了实时显示温度值,采用MSP430F149单片机为监控和运算核心,并由液晶屏显示.系统总体方框图如图1所示.
2 主电路设计思路
2.1 DC-DC温度控制电路的设计
DC-DC温度控制电路采用降压变换电路,即BUCK电路.DC-DC电路中的开关管,由单片机产生一路PWM经推挽放大后控制其导通和截止,实现直流电压源到直流电流源的转换,输出电流直接对空心陶瓷电阻进行加热.PWM驱动电路采用图腾柱驱动电路,适合DC-DC电路对温度的精准控制.开关管选用IRF540,其最大击穿电压Vds等于100V,最大漏极电流为Id等于23A,导通阻值Rds等于77mΩ,满足设计要求.
2.2 桥式测温测量电路的设计
PT100采用三线制接法,图2中R1、R2、R3和R4分别为电桥的桥臂,当R1×R3等于R2×R4时,电桥平衡.电桥不平衡时a,b两点存在电压差,由电压差值可以计算出PT100的阻值.为避免PT100自身发热对测量的影响,通过PT100的电流不能超过2mA,因此a,b两点电压差很小,需经过LM358构成的两级差分放大器后,由单片机12位ADC采集电压信号.
铂热电阻的导线往往很长,由于PT100和导线电阻串联,增大了电阻值,会使测量误差非常大[4].PT100三线制接法能有效消除导线误差.图2虚线部分,PT100导线电阻为r,桥臂电阻变为R1,R2,R3+2r,Rt+2r,电桥平衡时：R2×（Rt+2r）等于R1×（R3+2r）,整理得：Rt等于R1R3/R2+2R1r/R2-2r,当R1等于R2时,PT100导线的变化对测量结果没有影响[2].所以,桥臂电阻采用高精密数字电阻.
3 系统软件设计
系统上电后,首先进行系统初始化,然后进行温度采样得到采样温度值adc_t并显示在液晶屏上,再判断是否有按键输入,若是,则更新温度预设值Set_t并显示；若无,则将温度预设值Set_t和采样温度值adc_t相减,并判断相减值是否大于5℃,若是,则全功率加热；若否,则判断相减值是否等于0℃,若等,则停止加热；若不等,则进行PID调节.
4 实验结果和分析
为验证提出的温度控制系统的正确性,在实验室制作了一台样机,负载为20Ω/50W滑动变阻器,测试结果如下：
系统温度采样精度测试,设定温度值和采样温度值相减得到误差值,系统温度测量相对偏差绝对值在±0.2℃内.
系统恒温测试,在预设温度值和采样温度值误差在±0.2℃,开始计时,温度系统温度稳定时间最长为3分钟.
5 结论
本文设计的基于PT100的温度控制系统,采用三线制铂热电阻电桥测温电路,很好的解决了PT100导线电阻带来的误差和PT100自身发热产生误差的问题；采用DC-DC电路实现了对温度的稳定控制.该系统0℃至80℃温度可调,温度测量精度在±0.2℃以内,控制恒温最长时间为3分钟.
参考文献
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[2] 严长城,应贵平.基于PT100的铂热电阻的高精度测温系统的设计[J].机电工程技术, 2015, 44（3）：71-74.
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[4] 刘刚,陈树新.基于STM32的铂热电阻桥式测温系统设计[J].自动化和仪表, 2014, （1）： 53-56.
总结:本文是一篇关于控制系统论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
参考文献：
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