内容发布更新时间 : 2024/11/18 12:37:53星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

温度控制实验

一、实验目的

1．理解温度闭环控制的基本原理； 2．了解温度传感器的使用方法； 3．学习温度PID控制参数的配置。 二、实验内容

使用单片机实现PID闭环温度恒值控制，并用数码管实时显示当前温度值。 三、实验要求

根据实验内容编写一个程序，并在实验仪上调试和验证。 四、实验设备

本实验使用“THGDK-2型单片机控制实验多种对象系统”实验箱、“SCM13模拟量转换模块2”扩展模块和“THWPK-1型 温度过程控制实训系统”实验箱。 五、实验说明和电路原理图

1．温度测量端（温度反馈端）

图1 温度测量及放大电路 温度测量端（反馈端）使用热电式传感器，热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化，通过适当的测量电路，就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。

在各种热电式传感器中，已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶；将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻，如铜电阻、热敏电阻、 Pt 电阻等。

铜电阻的主要材料是铜，主要用于精度不高、测量温度范围（－50℃～150℃）不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂，铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃～630.74℃以内为

Rt＝R0（1＋at＋bt2）

式中 Rt――温度为t ℃时的电阻值； R0――温度为0℃时的电阻值； t――任意温度；

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a、b――为温度系数。

本实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。

在实际的温度测量中，常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时，电桥处于不平衡，在a，b两端产生与温度相对应的电位差；然后使用仪表放大器AD620进行放大，放大倍数由电位器RW1调节。图43-1电路中输出0～5V对应温度为0～100℃，电压值乘以20即为温度值（放大倍数设备出厂时已调好，若有偏差用户可调节RW1进行校准）。

2．加热驱动部分

采用晶PWM调制与晶体管功率放大器，PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高等优点。

PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：

图2 PWM的控制电路

图2所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图3所示。它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。

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图3 SG3525电路结构

3．A/D转换

本实验使用8位串行A/D转换器TLC549。

TLC549是一种采用8位逐次逼近式工作的A/D转换器。内部包含系统时钟、采样和保持、8位A/D转换器、数据寄存器以及控制逻辑电路。TLC549每25uS重复一次“输入——转换——输出”。器件有两个控制输入：I/O CLOCK和片选（CS）。

内部系统时钟和I/O CLOCK可独立使用。应用电路的设计只需利用I/O时钟启动转换或读出转换结果。当CS为高电平时，DATA OUT处于高阻态且I/O时钟被禁止。

当CS变为低电平时，前次转换结果的最高有效位（MSB）开始出现在DATA OUT端。在接下来的7个I/O CLOCK周期的下降沿输出前次转换结果的后7位，至此8位数据已经输出。然后再将第8个时钟周期加至I/O CLOCK，此时钟周期的下跳沿变使芯片进行下一轮的AD转换。在第8个I/O CLOCK周期之后，CS必须变为高电平，并且保持高电平直至转换结束为止（>17uS），否则CS的有效高电平至低电平的转换将引起复位（其它详细资料看芯片手册）。

TLC549时序图如图5所示。

图5 TLC549时序图

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