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鲁东大学20 12 －2013 学年第 二 学期 《传感器技术及应用》课程论文 课程号：3615230?-02 任课教师 丁宏 成绩 论文题目：采用热电阻的恒温控制系统设计 论文要求： 论文题目及要求见附件。 教师评语： 教师签字： 年 月 日 正文 1.测量原理 本系统采用典型的温度反馈控制系统，系统组成如图。图中数字控制器的功能由89C51实现，由热敏电阻、电桥、A/D转换器组成输入通道，用于采集温度信号，期中热敏电阻选mf12-26型号，它将温度信号转化为阻值变化信号再经电桥变为0~5v的标准电压信号，以供电压转换器使用。转换后的温度数字量与温度设定值进行比较，即得到实际值与设定值的偏差。温度设定值由键盘输入，由单片机计算出所需要的控制量，数字控制器的输出经标量计算后由p3.0通过调制的PWM送至SSR，从而改变电阻炉单位时间内电压导通的百分比，从而控制电阻炉加热功率，起到调温作用。 2.计量精度的计算 AD590和DS18B20都包含一个可以精确测量环境温度的片内温度传感器，但AD590是模拟传感器，需对温度模拟信号进行数字化处理，在调理和放大信号时，又会带来新的误差，影响精度，而DS18B20包含一个10位AD转换器，是一个以0.25的分辨力将温度数字化的数字式温度传感器，并且其测温理论范围为-55度到125度，因其精确度高，范围可选这两大特点，故本设计的传感器选为DS18B20。 热电偶是热电阻温度计的敏感元件，它测温的基本原理是基于热电效应。如图是为热电偶回路。经过研究表明，热电偶总电势与电子密度及两接点温度有关。电子密度不仅取决于热电偶材料特性，而且随温度的变化而变化，它们并非常数，所以，当热电偶材料一定时，热电偶的总电势EAB(T,T0)就与热温度T和T0的函数差有关，即 EAB(T,T0 )=F(T)-F(T0 ) 这就要求冷端温度T0 固定，为了保证温度T0 固定，使热电偶与被测温度间成单值函数关系关系，就要为冷端温度进行补偿，补偿方法为补偿法，如图所示。 3 传感部分的电路图及其他部分电路图的框图 温度传感器 温度是工业生产过程中最常见，最基本的参数之一，温度的检测与控制是自动控制工程的重要任务之一。测量温度的方法有两种，一种是接触式，一种是非接触式。接触式的特点是：方法简单可靠，测量精度高。但是由于测温元件要与被测介质接触进行热交换，才能达到平衡，因此产生了滞后现象。同时测量体可能与被测介质产生化学反应。非接触测温是通过接受被测介质发出的辐射来判断的。其主要特点是：测温原则上不受限制，速度快，可以对运动物体进行测量，但它受物体辐射率、距离、烟尘、水汽等的影响，测量误差大。 由于本系统测量的温度是室温，测量温度在0~40度，介质为空气，不易与测量体发生化学反应。所以选择接触式的温度测量方式更为理想 。 DS18B20是单线式数字温度传感器，具有3引脚T0-92小体积封装模式，温度测量范围是-55℃~125℃，可编程为9~12位A/D转换精度，测量精度可达0.0625℃，被侧温度用符号扩展的16位数字量方式串行方式输出，其工作电源既可在远端输入，也可采用寄生电源方式。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，以上特点使DS18B20非常适合用于远距离多点温度监测系统。 加热控制在闭环控制系统中对被控对象实施控制，被控对象为加热片，采用对加在电热片两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对是否加热的调整，从而达到对温控制的目的。对加热片通断的控制采用MOSFET管控制，它的使用非常简单，只要在控制端TTL电平，即可实现对MOS管的开关，使用时完全可以用1.5K电阻接成电压跟随器的形式驱动。当单片机的P1.5为高电平时，电阻驱动MOS管导通，接通加热片工作，当单片机的P1.5为低电平时MOS管不导通关断，加热片停止工作。控制电路图如下图 启动控制系统(PLC控制) 本系统采用DS18B20热电阻传感器采集室温，经过电桥将阻值变化转化为电压的变化从而反应室温的变化，电压信号在经过A/D转换器转换为单片机可以识别的数字信号。单片机将温度采样只与温度设定值相比较即得到偏差值，再经过D/A转换器转换为电阻炉可以识别的模拟信号得到控制输出，使电阻炉工作，进而得到控制室温的目的。 1 1 学院 _鲁东大学_____专业