温度控制系统设计
(完整版)温度控制系统设计
温度控制系统设计目录第一章系统方案论证 (3)1.1总体方案设计 (3)1.2温度传感系统 (3)1.3温度控制系统及系统电源 (4)1.4单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计 (4)1.5PID 算法原理 (5)第二章重要电路设计 (7)2.1温度采集 (7)2.2温度控制 (7)第三章软件流程 (8)3.1基本控制 (8)3.2PID 控制 (9)3.3时间最优的 PID 控制流程图 (10)第四章系统功能及使用方法 (11)4.1温度控制系统的功能 (11)4.2温度控制系统的使用方法 (11)第五章系统测试及结果分析 (11)5.1 硬件测试 (11)5.2软件调试 (12)第六章进一步讨论 (12)参考文献 (13)致谢........................................... 错误 !未定义书签。
摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。
关键词：温度控制系统PID 控制单片机Abstract: This paper introduces a temperature control system that is based on the single-chip microcomputer.The hard ware compositionand software design are descried indetail combined with the projectComtrol System of Temperature.PID control Keywords: Control system of temperatureSingle-chip Microcomputer引言：温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
温度控制系统设计论文
温度控制系统设计论文引言：温度是物体分子热运动的表现，是物体内部微观热量分布状态的体现，温度控制的目的是使温度维持在恒定的设定值附近，使物体处于稳定的温度环境中。
温度控制系统的设计对于许多工业和生活领域都至关重要，例如，空调系统、制冷系统、加热系统等等。
本文将介绍一个基于反馈控制的温度控制系统的设计。
一、系统分析1.温度分析：首先需要对温度的变化规律进行分析，例如，物体的温度变化的时间特性、传热过程等等，这些信息对于系统设计是非常重要的。
2.系统要求分析：基于应用领域对系统精度要求的不同，需要确定系统对温度的精度要求、响应速度要求以及稳定性要求等等。
3.传感器选择：根据系统要求分析的结果，选择合适的温度传感器，例如热电偶、热敏电阻等等。
二、系统设计1.控制器设计：根据系统要求分析的结果，选择合适的控制器，并设计反馈控制算法。
可以采用PID控制器、模糊控制器或者模型预测控制等等。
根据系统的特点，可以对控制器进行参数调整，以使系统达到良好的控制效果。
2.执行器选择：根据系统控制要求，选择合适的执行器。
如果需要制冷，可以选择压缩机、蒸发器等等；如果需要加热，可以选择加热元件等等。
执行器的响应速度与系统的控制性能密切相关，因此需要选择合适的执行器以提高系统的控制效果。
3.信号处理：由于传感器输出的信号可能存在噪声，需要进行信号处理以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
可以使用滤波算法或者其他信号处理技术进行处理。
三、系统实现1.硬件设计：根据系统设计的要求，选择合适的硬件平台，例如单片机、PLC等等。
设计电路图和PCB布局，将硬件连接起来，并与传感器和执行器进行连接。
2.软件设计：根据系统设计的要求，编写系统控制程序。
程序需要实现温度数据的采集和处理、控制器的运算、执行器的控制等等。
3.系统调试：完成硬件和软件的设计之后，进行系统的调试，包括控制算法的调整、传感器和执行器的校准等等。
通过对系统的调试，可以验证系统设计的合理性和可行性。
温度控制系统的设计_毕业设计论文
温度控制系统的设计_毕业设计论文摘要：本文基于温度控制系统的设计，针对工况不同要求温度的变化，设计了一种通过PID控制算法实现温度控制的系统。
该系统通过传感器对温度进行实时监测，并将数据传输给控制器，控制器根据设定的温度值和反馈的实际温度值进行比较，并通过PID算法进行控制。
实验结果表明，该温度控制系统具有良好的控制性能和稳定性。
关键词：温度控制系统；PID控制；控制性能；稳定性1.引言随着科技的发展，温度控制在很多工业和生活中都起到至关重要的作用。
温度控制系统通过对温度的监测和控制，可以保持系统的稳定性和安全性。
因此，在各个领域都有大量的温度控制系统的需求。
2.温度控制系统的结构温度控制系统的结构主要包括传感器、控制器和执行器。
传感器负责对温度进行实时监测，并将监测到的数据传输给控制器。
控制器根据设定的温度值和反馈的实际温度值进行比较，并通过PID控制算法进行控制。
执行器根据控制器的输出信号进行操作，调节系统的温度。
3.PID控制算法PID控制算法是一种常用的控制算法，通过对控制器进行参数调节，可以实现对温度的精确控制。
PID算法主要包括比例控制、积分控制和微分控制三部分，通过对每一部分的权值调节，可以得到不同的控制效果。
4.实验设计为了验证温度控制系统的性能，我们设计了一组温度控制实验。
首先，我们将设定一个目标温度值，然后通过传感器对实际温度进行监测，并将数据传输给控制器。
控制器根据设定值和实际值进行比较，并计算控制信号。
最后，我们通过执行器对系统的温度进行调节，使系统的温度尽量接近目标温度。
5.实验结果与分析实验结果表明，通过PID控制算法，我们可以实现对温度的精确控制。
在设定目标温度值为40℃的情况下，系统的稳态误差为0.5℃，响应时间为2秒。
在不同工况下，系统的控制性能和稳定性都得到了有效的保证。
6.结论本文基于PID控制算法设计了一种温度控制系统，并进行了相应的实验验证。
实验结果表明，该系统具有良好的控制性能和稳定性。
温度控制系统设计
温度控制系统设计概述温度控制系统是一种广泛应用于工业生产、实验室环境以及家庭生活中的系统。
它通过感知环境温度并根据设定的温度范围来控制加热或制冷设备，以维持特定温度水平。
本文将介绍温度控制系统的设计原理、硬件组成和软件实现。
设计原理温度控制系统的设计基于负反馈原理，即通过对环境温度进行实时监测，并将监测结果与目标温度进行比较，从而确定加热或制冷设备的控制量。
当环境温度偏离目标温度时，控制系统会调节加热或制冷设备的工作状态，使环境温度逐渐趋向目标温度。
硬件组成1. 传感器传感器是温度控制系统的核心组成部分，用于感知环境温度。
常见的温度传感器包括热敏电阻（Thermistor）、温度传感器芯片（Temperature Sensor Chip）和红外温度传感器（Infrared Temperature Sensor）等。
传感器将环境温度转换为电信号，并输出给微控制器进行处理。
微控制器是温度控制系统的中央处理单元，用于接收传感器输入的温度信号，并进行数据处理和控制逻辑的执行。
常见的微控制器包括Arduino、Raspberry Pi 和STM32等。
微控制器可以通过GPIO（General Purpose Input/Output）口实现与其他硬件模块的连接。
3. 控制器控制器是温度控制系统的核心部件，用于根据目标温度和实际温度之间的差异来调节加热或制冷设备的运行状态。
常见的控制器包括PID控制器（Proportional-Integral-Derivative Controller）和模糊控制器（Fuzzy Controller）等。
控制器通过电压或电流输出信号，控制加热或制冷设备的开关状态。
4. 加热或制冷设备加热或制冷设备是温度控制系统的输出组件，用于增加或降低环境温度。
根据具体应用需求，常见的加热设备包括电炉、电热丝和电热器等；常见的制冷设备包括压缩机和热泵等。
软件实现温度控制系统的软件实现主要涉及以下几个方面：1. 温度采集软件需要通过与传感器的接口读取环境温度值。
(完整版)温度控制系统设计
(完整版)温度控制系统设计温度控制系统的设计包括传感器、信号调理、控制器、执行元件和用户界面等多个部分，这些部分通过相互协调合作来达到稳定的温度控制。
本文将介绍温度控制系统设计的各个部分以及如何进行系统参数的选择和调整。
传感器是温度控制系统的重要组成部分，通常使用热敏电阻、热偶和红外线传感器等。
热敏电阻是一种电阻值随温度变化的材料，通过使用一个电桥来测量电阻值的变化，从而得到温度值。
热偶由两种不同的金属线构成，当温度变化时，热偶两端产生电势差，通过测量电势差值得到温度值。
红外线传感器通过测量物体辐射的红外线功率来得到物体的表面温度。
在选择传感器时，需要根据需要测量的温度范围、精度、响应时间和稳定性等参数进行选择。
信号调理是将传感器信号进行放大和校正的过程，包括滤波、增益、放大、线性化和校正等。
常用的信号调理手段有运算放大器、滤波器和模拟乘法器等。
运算放大器可以将传感器信号放大到合适的电平，同时可以进行信号的滤波、加减运算和比较等。
滤波器可以去除传感器信号中的杂波和干扰数据。
模拟乘法器可用于将两个信号相乘以进行补偿或校正。
在进行信号调理时，需要根据传感器的参数和目标控制参数进行调整。
控制器是温度控制系统的核心部分，其主要功能是根据信号调理后的温度值和设定值之间的差异进行相应的控制，使温度保持在设定范围内。
控制器通常通过对执行元件的控制来实现对温度的调节。
常见的控制算法有比例控制、积分控制和微分控制等。
比例控制是根据偏差的大小来进行控制，当偏差越大时，控制力度也越大；积分控制可以对偏差的累计值进行控制，从而提高控制的准确性；微分控制可以对偏差的变化率进行控制，从而使控制具有更好的响应速度和稳定性。
在选择控制算法时，需要根据系统对响应速度和稳定性的要求进行选择，并进行相关的参数调整。
执行元件是通过电机或气动元件来调节温度控制系统的温度的元件，例如调节阀门、电热器、压缩机和风扇等。
执行元件的选择需要根据需要调节的温度范围、响应速度和精度等参数进行选择，并根据控制算法和控制器参数进行调整。
基于单片机的温度控制系统设计
基于单片机的温度控制系统设计1. 简介温度控制系统是指通过控制设备来维持特定环境或设备的温度在预设范围内的系统。
本文将介绍基于单片机的温度控制系统设计。
2. 系统设计原理该系统的设计原理是通过感应温度传感器获取环境的温度信息，然后将温度信息输入到单片机中进行处理，最后由单片机控制执行器或调节器，如加热电阻或风扇等，来维持环境温度在预设范围内。
3. 硬件设计首先，我们需要选择合适的单片机来实现系统的功能。
基于具体要求，如采集速度、内存和GPIO的需求等，选择适合的单片机芯片。
在电路设计方面，需要连接温度传感器与单片机，可以选择常用的数字温度传感器，例如DS18B20等。
同时，还需根据要求选择适当的执行器或调节器，如继电器、加热电阻或风扇等，并将其与单片机相连。
4. 软件设计系统的软件设计包括两个主要部分：温度采集和控制算法。
- 温度采集：通过编程将温度传感器与单片机相连，并实现数据采集功能。
单片机读取传感器的输出信号，并将其转换为数字信号进行处理。
可以使用模拟转数字转换技术（ADC）将模拟信号转换为数字信号。
- 控制算法：根据采集到的温度数据，设计合理的控制算法来控制执行器或调节器的工作。
可以使用PID控制算法，通过不断地调整执行器或调节器的输出，实现温度的稳定控制。
5. 系统功能实现系统的功能实现主要包括以下几个方面：- 温度采集与显示：通过程序实现温度传感器的读取和温度数值的显示，可以通过数码管、LCD显示屏或者串口通信方式显示温度数值。
- 温度控制：通过在程序中实现控制算法，将温度保持在设定的范围内。
根据采集到的温度数值，判断当前环境的温度状态，根据算法计算出执行器或调节器的合适输出，并控制其工作。
- 报警功能：当温度超出预设范围时，系统可以通过声音报警、闪烁等方式进行警示，提醒操作人员或者自动采取控制措施。
6. 系统可扩展性和应用领域基于单片机的温度控制系统具有良好的可扩展性，可以根据实际需求增加其他传感器、执行器或调节器等模块，以满足特定的应用场景需求。
温度控制系统的设计与实现
温度控制系统的设计与实现汇报人：2023-12-26•引言•温度控制系统基础知识•温度控制系统设计目录•温度控制系统实现•温度控制系统应用与优化01引言目的和背景研究温度控制系统的设计和实现方法，以满足特定应用场景的需求。
随着工业自动化和智能制造的快速发展，温度控制系统的性能和稳定性对于产品质量、生产效率和能源消耗等方面具有重要影响。
03高效、节能的温度控制系统有助于降低生产成本、减少能源浪费，并提高企业的竞争力。
01温度是工业生产过程中最常见的参数之一，对产品的质量和性能具有关键作用。
02温度控制系统的稳定性、准确性和可靠性直接关系到生产过程的稳定性和产品质量。
温度控制系统的重要性02温度控制系统基础知识温度控制系统的性能指标包括控制精度、响应速度、稳定性和可靠性等，这些指标直接影响着系统的性能和效果。
温度控制原理是利用温度传感器检测当前温度，并将该信号传输到控制器。
控制器根据预设的温度值与实际温度值的差异，通过调节加热元件的功率来控制温度。
温度控制系统通常由温度传感器、控制器和加热元件组成，其中温度传感器负责检测温度，控制器负责控制加热元件的开关和功率，加热元件则是实现温度升高的设备。
温度控制原理温度传感器是温度控制系统中非常重要的组成部分，其工作原理是将温度信号转换为电信号或数字信号，以便控制器能够接收和处理。
常见的温度传感器有热敏电阻、热电偶、集成温度传感器等，它们具有不同的特点和适用范围。
选择合适的温度传感器对于温度控制系统的性能和稳定性至关重要。
温度传感器的工作原理加热元件的工作原理加热元件是温度控制系统中实现温度升高的设备，其工作原理是通过电流或电阻加热产生热量，从而升高环境温度。
常见的加热元件有电热丝、红外线灯等，它们具有不同的特点和适用范围。
选择合适的加热元件对于温度控制系统的性能和安全性至关重要。
控制算法是温度控制系统的核心部分，其作用是根据预设的温度值和实际温度值的差异，计算出加热元件的功率调节量，以实现温度的精确控制。
单片机温度控制系统设计及实现
单片机温度控制系统设计及实现温度控制是很多自动化系统中的重要部分，可以应用于许多场景，如家用空调系统、工业加热系统等。
本文将介绍如何利用单片机设计和实现一个简单的温度控制系统。
一、系统设计1. 硬件设计首先,我们需要选择合适的硬件来搭建我们的温度控制系统。
一个基本的温度控制系统由以下几个组件组成：- 传感器：用于检测环境的温度。
常见的温度传感器有热敏电阻和温度传感器。
- 控制器：我们选择的是单片机，可以根据传感器的读数进行逻辑判断，并控制输出的信号。
- 执行器：用于根据控制器的指令执行具体的动作，例如开启或关闭空调。
2. 软件设计温度控制系统的软件部分主要包括，传感器读取、温度控制逻辑和执行器控制。
我们可以使用C语言来编写单片机的软件。
- 传感器读取：通过串口或者模拟输入端口来读取传感器的数据，可以利用类似的库函数或者自己编写读取传感器数据的函数。
- 温度控制逻辑：根据读取到的温度值，判断当前环境是否需要进行温度调节，并生成相应的控制信号。
- 执行器控制：将控制信号发送到执行器上，实现对温度的调节。
二、系统实施1. 硬件连接首先，将传感器连接到单片机的输入端口，这样单片机就可以读取传感器的数据。
然后，将执行器连接到单片机的输出端口，单片机可以通过控制输出端口的电平来控制执行器的开关。
2. 软件实现编写单片机的软件程序，根据前面设计的软件逻辑，实现温度的读取和控制。
首先，读取传感器的数据，可以定义一个函数来读取传感器的数据并返回温度值。
其次，根据读取到的温度值，编写逻辑判断代码，判断当前环境是否需要进行温度调节。
如果需要进行温度调节，可以根据温度的高低来控制执行器的开关。
最后，循环执行上述代码，实现实时的温度检测和控制。
三、系统测试和优化完成软硬件的实施之后，需要对温度控制系统进行测试和优化。
1. 测试通过模拟不同的温度情况，并观察控制器的输出是否能够正确地控制执行器的开关。
可以使用温度模拟器或者改变环境温度来进行测试。
温度控制系统设计
温度控制系统设计一、引言温度控制系统是一种常见的自动化控制系统，用于监测和调节环境或设备的温度。
它在工业、农业、医疗等领域中广泛应用，可以提高生产效率、保障产品质量和人员安全。
本文将介绍温度控制系统的设计原理、组成部分以及相关技术。
二、设计原理温度控制系统的设计原理基于温度传感器和执行器的反馈控制。
首先，通过温度传感器实时检测环境或设备的温度，并将检测结果转化为电信号。
然后，将电信号输入到控制器中进行处理。
控制器根据设定的目标温度和实际温度之间的差异，计算出相应的控制信号。
最后，控制信号通过执行器，如加热器或冷却器，调节环境或设备的温度，使其逐渐接近目标温度。
三、组成部分1. 温度传感器温度传感器是温度控制系统的核心部件之一，用于测量环境或设备的温度。
常见的温度传感器包括热电阻和热电偶。
热电阻基于温度对电阻值的影响进行测量，而热电偶则利用两种不同金属的热电效应来测量温度。
2. 控制器控制器是温度控制系统的决策中心，它接收温度传感器的信号，并根据预设的控制算法计算出相应的控制信号。
根据控制算法的不同，控制器可以分为比例控制器、比例积分控制器和比例积分微分控制器等。
控制器还可以具备调节参数、报警功能等。
3. 执行器执行器是温度控制系统的执行部件，负责根据控制信号调节环境或设备的温度。
常见的执行器包括加热器和冷却器。
当温度低于目标温度时，加热器会被激活，向环境或设备中释放热能；当温度高于目标温度时，冷却器则会被激活，帮助环境或设备散热。
四、相关技术1. PID控制PID控制是一种常用的温度控制算法，通过比例、积分和微分三个控制参数对温度进行调节。
比例控制用于根据温度误差大小调整执行器的输出；积分控制则用于消除稳态误差；微分控制则用于抑制过冲和振荡。
PID控制可以根据实际应用需求进行参数调整，以达到更好的控制效果。
2. 信号处理温度传感器的信号需要进行处理和转换，以便控制器能够正确计算出控制信号。
信号处理技术包括滤波、放大、线性化等。
温度控制系统课程设计
温度控制系统课程设计一、引言温度控制系统是一种常见的自动化控制系统，广泛应用于工业生产、农业生产、医疗保健等领域。
本课程设计旨在通过设计一个基于单片机的温度控制系统，让学生了解自动化控制系统的基本原理和实现方法。
二、设计目标本课程设计的主要目标是设计一个基于单片机的温度控制系统，具体包括以下方面：1. 实现温度测量功能：通过传感器获取环境温度，并将数据转换为数字信号，供单片机处理。
2. 实现温度调节功能：根据设定温度和当前环境温度，通过单片机输出PWM信号调节加热器功率，从而实现对环境温度的调节。
3. 实现显示功能：将当前环境温度和设定温度以数字形式显示在LCD 屏幕上。
4. 实现报警功能：当环境温度超过设定范围时，通过蜂鸣器发出警报提示操作者。
三、硬件系统设计1. 硬件平台选择本课程设计采用STM32F103C8T6单片机作为控制核心，具有较高的性价比和丰富的外设资源，适合用于中小规模的自动化控制系统。
2. 温度传感器选择本课程设计采用DS18B20数字温度传感器，具有精度高、响应速度快、可靠性强等优点，适合用于工业自动化控制系统。
3. LCD显示屏选择本课程设计采用1602A型液晶显示屏，具有低功耗、易于控制等优点，适合用于小型自动化控制系统。
4. 其他外设选择本课程设计还需要使用继电器、蜂鸣器、电阻等外设实现各项功能。
四、软件系统设计1. 系统架构设计本课程设计采用分层结构设计，将整个软件系统分为数据采集层、控制层和用户界面层三个部分。
其中数据采集层负责获取环境温度数据；控制层根据设定温度和当前环境温度输出PWM信号调节加热器功率；用户界面层负责显示当前环境温度和设定温度，并实现报警功能。
2. 数据采集层设计数据采集层主要负责获取环境温度数据，并将其转换为数字信号供单片机处理。
本课程设计采用DS18B20数字温度传感器实现温度测量功能，具体实现步骤如下：（1）初始化DS18B20传感器。
（2）发送读取温度命令。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
温度控制系统设计目录第一章系统方案论证错误!未指定书签。
总体方案设计错误!未指定书签。
温度传感系统错误!未指定书签。
温度控制系统及系统电源错误!未指定书签。
单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误!未指定书签。
算法原理错误!未指定书签。
第二章重要电路设计错误!未指定书签。
温度采集错误!未指定书签。
温度控制错误!未指定书签。
第三章软件流程错误!未指定书签。
基本控制错误!未指定书签。
控制错误!未指定书签。
时间最优的控制流程图错误!未指定书签。
第四章系统功能及使用方法错误!未指定书签。
温度控制系统的功能错误!未指定书签。
温度控制系统的使用方法错误!未指定书签。
第五章系统测试及结果分析错误!未指定书签。
硬件测试错误!未指定书签。
软件调试错误!未指定书签。
第六章进一步讨论错误!未指定书签。
参考文献错误!未指定书签。
致谢错误!未指定书签。
摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。
关键词：温度控制系统控制单片机: .:引言：温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。
本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。
温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。
该系统设计结构简单，按要求有以下功能：()温度控制范围为°;()有加热和制冷两种功能()指标要求：超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。
第一章系统方案论证总体方案设计薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理；当前温度数据和设定温度数据经算法得到温度控制数据；控制数据经转换器得到控制电压，经功率放大后供半导体致冷器加热或制冷，从而实现温度的闭环控制。
系统大致可以分为：传感、单片机处理、控制及温控箱。
图－系统总体框图势；经过铂电阻特性分析，在要求的温度范围内铂电阻的线性较好，所以不必要增加非线性校正电路；采样电压再经过高精度电压放大电路和隔离电路之后输出；另外，由于高精度的需要，电路对电源要求较高，所以采用稳压电源电路的输出电压，并且需要高精度运放。
因为温度变化并不是很快，所以电路对滤波器的要求并不高，这里采用了一阶滤波即可满足要求。
温度控制系统及系统电源温度控制系统温度控制系统需要完成的功能为：转换器输出的电压控制信号，经过电压放大，再通过功率单元提高输出功率后，控制半导体制冷器件加热或制冷。
故此子系统可分为电压放大、功率输出两部分。
转换器输出的电压控制信号经过电压放大、功率放大后，给两片半导体制冷器件供电。
另外单片机还输出一个用来控制是加热还是制冷的控制信号。
功率放大电路采用稳压芯片，可承受高输出电流，且端输出电压与端的电压差保持不变的特点，可将控制信号利用运放方向放大后，输入至稳压芯片的端，输出信号的电压范围和功率放大至合适的大小。
具体设计为输出的控制信号，经上述处理，在端利用继电器，由单片机输出的加热制冷控制信号控制继电器的闭合方向，改变半导体器件的电流方向，从而控制加热或制冷。
系统电源本设计需要供电的部分有温度采集部分须有基准电压供电，单片机处理系统的数字电路部分需要＋的电源，而实验室的电源会有纹波，故采用稳压芯片自行设计，电路如图，调节可变电阻，即可得到所需的电压。
其中可变电阻是起到分压得作用，避免在上的压降过大，否则发热，会使电压不稳。
VIN3A D J1VOUT2U1LM317R13kC11u R23k C2100uR3240+15V+5V单片机处理系统及温控箱设计 单片机系统单片机系统结构如下：① 模数部分将传感信号量化为位二进制数，并将其送入最小系统板； ② 控制层调用算法，计算出控制量，同时提供人机交互； ③ 数模部分将控制量转换为模拟电压，送入温度控制部分。
最小系统板与外部数字电路部分（包括、、外部中断源信号等）的通信参照了微机原理与接口实验中的实验箱电路的连接方法。
调用算法的中断采用的是内部定时器，可以简化外围电路。
温控箱设计我们用实验室提供的材料自己设计制作了温度控制箱体。
控温箱为正方体铝箱，在其中相对的两个内侧表面用导热硅胶粘贴了半导体致冷材料而成。
为提高箱体绝热性能，在除了粘有半导体材料之外的其他内表面，都贴有保温塑料层，为加强密闭性，尽量减少控制箱腔内体积，又要露出全部的半导体制冷片，我们采用的是“工字形”方案，即：将填入铝箱的保温塑料层做成一个无接缝的整体，相对的半导体制冷片的两侧挖空，露出其全部面积，中间留有一个很小的腔体作为温度控制的空间（插入热敏电阻与标准表探头）。
我们采用将箱体放入冷水中的方法解决温控箱的散热问题。
算法原理 、基本算法其中和()都是八位二进制数，用一个字节存储。
在上述公式中，存在差项，需要用补码来表示负数。
所以必须用最高位作为符号位，和()用位表示显然是不够的。
处理方法是在和()前面补一个值为零的字节，以两字节来表示，运算的最终结果结果取位有效位。
基本的算法，需要整定的系数是（比例系数）（积分系数）（微分系数）三个。
这三个参数对系统性能的影响如下：（） 比例系数① 对动态性能的影响 比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，偏大，振荡次数加多，调节时间加长。
当太大时，系统会趋于不稳定，若太小，又会使系统的动作缓慢；② 对稳态性能的影响 加大比例系数，在系统稳定的情况下，可以减小静差，提高控制精度，但是加大只是减少静差，不能完全消除。
（） 积分系数①对动态性能的影响积分系数通常使系统的稳定性下降。
太大，系统将不稳定；偏大，振荡次数较多；太小，对系统性能的影响减少；而当合适时，过渡特性比较理想；②对稳态性能的影响积分系数能消除系统的静差，提高控制系统的控制精度。
但是若太小时，积分作用太弱，以致不能减小静差。
（）微分系数微分控制可以改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使静差减小，提高控制精度。
但当偏大或偏小时，超调量较大，调节时间较长，只有合适的时候，才可以得到比较满意的过渡过程。
对系数实行“先比例，后积分，再微分”的整定步骤。
（）首先只整定比例部分。
即将比例系数由小到大，并观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应。
（）加入积分环节。
整定时首先置积分系数一个较小的值，并将第（）步中整定的比例系数略为缩小（例如缩小为原值的倍），然后增大，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。
在此过程中，可根据响应的好坏反复改变比例系数与积分系数。
（）若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节。
在整定时，可先置微分系数为，在第一步的基础上，增大，同时相应地改变比例系数和积分时间。
、时间最优的控制算法采用上述控制算法存在一个问题：当设定值比当前值高很多时，在相当一段时间内，控制增量都为正，而且在不断的积累增大；只有当温度上升到设定值以上时，控制增量才有可能变为负值；要用负的控制增量抵消以前积累的正控制量，需要的时间较长；这正是产生超调量的根本原因。
当设定值低于当前值时情况类似。
为解决这个问题，采用了时间最优的控制算法。
时间最优的控制即开关控制（控制）与控制相结合的控制方式。
其思想是：开关控制即指在当前值与设定值偏差较大的情况下，控制系统进入“开”或者“关”两种状态。
具体到本系统，就是指当前温度和设定温度差别很大时，要么全功率（最大电压输出）的加热，要么就全功率的制冷。
当前值与设定值相差在阈值α以内时，采用算法计算输出控制量；当在α以外时，则直接输出最大值作为控制量，不再调用算法,不做控制量的累加。
这样处理可以在很大程度上改善控制性能。
第二章重要电路设计温度采集图－温度采集电路用电桥采集温敏电阻值的变化，考虑到是小信号的放大，所以选择仪表放大电路，并且选择高精度，低温漂的运算放大器。
电阻为薄膜铂电阻，与在电桥的两个臂上，将铂电阻的电阻转换为电压信号的放大倍数定为倍，的作用是调节放大倍数，使输出电压为调节过程：、把铂电阻定在度的阻值欧姆，调节，使输出为。
、把铂电阻定在度的阻值欧姆，调节，使输出为、采用一阶滤波，目的是滤出高频得噪声干扰，所以定在几十。
温度控制. 电压变换：电路图见图－ 图－ 电压变换电路R420k说明：这部分电路先将输出的电压控制信号(～) 用一个运放构成的反向放大器转移到电平～，然后通过小功率稳压芯片降压。
这是因为经稳压芯片ＬＭ，电压至少会提高（－再经过扩展）。
在调试过程中，调节的阻值，便可调整反向放大器的增益，从而调整输出电压的范围。
. 控制电路：具体电路包括由两片构成的功率放大，以及由继电器构成的输出电流方向控制两部分，如图－所示。
电路说明：（） 单片机的串口的输出经过继电器的驱动芯片，控制四刀继电器（）都与上端或下端接通，从而改变输入半导体制冷器件的电流方向。
（） 控制电压信号经放大分压后输入的端，和可用来调整零点。
（） 由于的和端至少需要的压降，而半导体制冷器件最多承受的电压，故两路输入电源输入采用＋的大功率电源。
图－ 功率输出电路1B 12B 23B 34B 45B 56B 67B 71C 162C 153C 144C 135C 126C 117C10COM 9U1ULN2003A3546789111012131412LS1RELAY 4PDTVIN2A D J1VOUT3U2LM338VIN2A D J1VOUT3U3LM338C10.1uC20.1uR1300R2300pR31kR41kcontrol+12VR51kR61kR71kR81k第三章 软件流程 基本控制 一、中断：、定时器中断：采集温度数据、调用算法核生成温度控制数据、发送温度控制数据到温度控制系统；、键盘中断：外部中断，响应键盘输入； 、中断：外部中断，是完成的反馈信号。
二、地址分配键盘显示控制器：占用地址空间（状态、命令口），（数据口）占用外部中断线； 芯片：占用地址空间，占用外部中断 芯片：占用地址空间 算法中的数据： 采样温度 控制量控制量的方向 设定的温度 显示缓冲区 控制数字表达式为：其中改写为增量形式：具体流程图可见图－。
图－数字增量型控制算法流程图时间最优的控制流程图图－时间最优的控制流程图第四章系统功能及使用方法温度控制系统的功能本系统的温度显示范围：℃～℃，显示精度：℃，可使控温箱体内的温度恒定在℃～℃范围内的任意温度上。
温度控制系统的使用方法显示当前箱体内的温度值显示控制量的大小显示当前温度与设定温度之间的差值设定目标温度值第五章系统测试及结果分析硬件测试调试流程稳压电源：调节稳压电源对应的变阻器，使输出为；确定中断源工作正常；确定温度传感器数字电路工作正常；温度传感器模拟电路：（）调节电桥满足铂电阻额定电流；（）在摄氏度调节零点；（）升温到一个较高温度，确定覆盖范围；（）任意选定温度，验证；确定温度控制器数字电路工作正常；温度控制器模拟电路：（）设定温度控制量的模为，调节调零变阻使的电压为零；（）设定温度控制量的模最大，调节范围控制电阻，使输出的电压为所需的最大值；（）取任一中间量验证（）改变温度控制量方向，检验继电器动作；（）验证有载工作。