【摘要】本文针对海军舰艇装备中发射管装置内特殊环境下的恒温控制系统，进行了总体结构设计、控制对象的建模、PID实现。根据高可靠性、实用性强、操作方便的设计原则，合理设计了温控系统的总体结构；针对加热系统的复杂性，为使被控对象的温度均匀分布，依据传热理论对系统被控对象模型进行了设计；在系统的硬件设计中，通过采用铂电阻温度测量电路，提高测量的精度和灵敏度，通过采用16位的A/D变换器可以大大减小采样误差，通过提高系统的采样频率改善系统控制的灵敏度，通过提高系统软件的运算精度进而提高系统输出功率占空比的调整精度。
关键词： 高精度 温度控制 PID算法 过零检测
The homeothermia of high definition design of the continuously adjustable temperature controller of pattern
Abstract
The paper aims at in the navy warship equipment ， the constant temperature control system of transmitting tube under the special circumstances to carry on the whole strctural design ， the model of controlled target ， and the achievement of PID . According to the design priniciple of high reliability strong practice、convenient operation ， design rationally the whole structure of controlled temperature system ; To the complexity of heating system ， in order to make the temperature of controlled object be well distributed . Making the design of model of system controlled object according to the theory of transmitting heat ; In the hardware design of system ， measurring the circuit through chosing the temperature of platinum reistance to improve the AID transform machine that can let up the sampling error consumedly ， through improving the sampling frequency of system to improve the sensibility of system control ， though improving operation accuracy of the system software to improve the adjustment accuracy of the system output rate work duty ratio .
Keyword: The high definition temperature isetrol PID algorithm examines over the zero
目 录
第一章 绪论 4
1.1课题背景 4
1.2温度研究的意义 4
1.3系统的控制要求 4
第二章 系统的总体设计 5
2.1 系统的控制方案 5
2.2 系统的设计方案 5
2.3 系统总体设计框图 8
第三章 系统的控制算法 8
3.1 数学建模型的建立 8
3.1.1飞升曲线的测量 10
3.1.2 PID控制算法的原理 11
3.1.3参数整定的方法 12
3.2 温度系统PID控制的调节过程 14
第四章 控制系统的硬件电路的设计 14
4.1 AT89C51的介绍和特性 14
4.2温度传感器的选择 20
4.2.1温度检测电路 21
4.3模数转换 22
4.3.1模数转换芯片的选选择 22
4.3.2 16 位模/数转换器 ADS8341 的应用 23
4.4 光电隔离电路与加热器的脉宽调制控制电路 29
4.5显示、键盘、报警设计电路 30
第五章 系统软件设计 31
5.1主程序设计 31
5.2 PID 程序设计 33
5.3上下限报警处理子程序 34
5.4 LED数码管显示及键盘子程序设计 35
5.4.1 键盘程序设计 35
5.5数字滤波子程序 35
第六章 结束语 37
致谢 38
参考文献 39
附录A 40
附录B 40
第一章 绪论
1.1课题背景
在生活军事中越来越多的要求对气体温度进行较高精度的恒温控制，以便对有害气体进行催化分解，因此需要研制精度和灵敏度都较高的检测与控制系统。以便提高工作效率与军事现代化进程。
1.2温度研究的意义
一般意义下的温度控制装置中，作为一种传统的控制设备，目前在国内外的工业、医疗及日常生活领域的各个方面，其种类繁多，控制方式及控制手段不胜枚举，其概念也不新奇。然而温度控制技术在工程应用中，在专用化和高指标方面还有很大的发展空间，目前此装置在俄罗斯海军以有很成功的应用，但仍属军事机密，其技术尚未公开，因此我军准备自行研制。此成果的实现将具有实用价值。
1.3系统的控制要求
在此课题中有以下技术指标要求：
① 气体温度最高可加热到500℃，并在此温度下保持恒定，控制其最大温差不超过1℃。
② 根据气体的浓度，使系统对气体控制的恒定温度在300℃~500℃范围内，做到能够自动识别和连续可调的功能。并能使各恒温点的控制精度保持在&±1℃。
③ 对气体的温度进行实时监测和实时显示。
④ 故障报警。
⑤ 灵敏度高、性能可靠。
第二章 系统的总体设计
2.1 系统的控制方案
本课题主要是针对温度控制，因此采用单闭环控制系统，控制过程是：铂电阻定时对气体温度进行检测，经过A/D转换得到相应的数字量，在送到单片机进行判断和运算，得到应有的控制量，去控制加热功率，从而实现对温度的高精度控制。
具体包括：
1、气体温度变化规律控制，即气体温度按预定的温度&—&—时间关系变化，这主要在控制程序中考虑。
2、温度控制范围，在300℃～500℃，这由测温元件、加热元件来控制。
3、控制精度、超调量指标，这由A/D转换精度、控制规律来控制。
由以上温度控制系统的原理可知，本文可以采用单闭环控制系统来实现控制，A/D转换器，采用PID控制算法。系统的测量值和所有设定参数均直接显示，控制的结构如图2.1所示。