介绍一种小型高精度恒温控制系统, 该系统以AT 89C51 单片机为控制核心, 由前端信号调理电路和放大电路 组成, 用A 级Pt100 作为温度传感器, 针对铂电阻测温存在非线性的特点, 从软件方面进行校正, 以保证测量准确度。同时 在算法控制上采用比传统的PID 更加好的自校正PID 算法。控温采用半导体制冷器。经对研制的小型恒温系统进行反复 调试, 并测量了大量的实验数据, 证明其在理论和实验上都具有可靠性

小型高精度恒温系统的研究

朱 悦,徐晓辉,宋 涛,赵利军,王 蒙

(河北工业大学 天津 300401)

摘 要:介绍一种小型高精度恒温控制系统,该系统以AT89C51单片机为控制核心,由前端信号调理电路和放大电路组成,用A级Pt100作为温度传感器,针对铂电阻测温存在非线性的特点,从软件方面进行校正,以保证测量准确度。同时在算法控制上采用比传统的PID更加好的自校正PID算法。控温采用半导体制冷器。经对研制的小型恒温系统进行反复调试,并测量了大量的实验数据,证明其在理论和实验上都具有可靠性。实验结果表明,不仅测量和控制方法是可行的,而且控制精度达到了较高的水平。

关键词:铂电阻;温度控制;高精度;自适应PID

中图分类号:TP368 文献标识码:A 文章编号:1004 373X(2010)05 101 03

SmallHighPrecisionConstantTemperatureSystem

ZHUYue,XUXiaohui,SONGTao,ZHAOLijun,WANGMeng

(HebeiUniversityofTechnology,Tianjin,300401,China)

Abstract:ThesmallhighprecisionconstanttemperaturecontrolsystemwhichconsistsofMCUAT89C51ascontrollingcore,bridgedetectinginputandfilteramplifiercircuit.Forthetemperature resistancecharacteristiccurveaPlatinumresistorisnonlinear,specialcurrenttypetemperaturedetectcircuit,softwaresideisusedtocompensatethenonlinearmeasurementerrorofthetheplatinumresistorPt100inordertoguaranteethetemperaturemeasurementprecision.Meanwhiletheself adaptivePIDcontrolalgorithmisadoptedtoimprovethetemperaturecontrolprecision.Heatingcoolingusingdeviceofsemiconductorrefrigeration.andA Pt100temperaturesensor,debuggingthesystemrepeatedly,measuringalargenumberofexperimentalda ta.Theaspectsoftheoryandexperimentarereliable.Experimentalresultsshowthatnotonlythemeasurementandcontrolmethodarefeasiblebutalsotheprecisionofthissystemhasachievedahigherrequirement.

Keywords:Platinumresistance;temperaturecontrol;high precision;adaptivePID

0 引 言

温度是工业生产中相当重要的参数之一,温度检测和控制的准确性直接影响产品的稳定性和准确性。

因此,在很多工业仪器仪表中,对温度要求严格。如在生化仪器中,检测的是化学和生物方面的物品,温度对其影响非常大,没有一个恒定的温度会使测量结果产生误差。较高精度的恒温系统是一个仪表仪器的有力保证。而且现在的仪器都是趋于小型化,便携化的方向发展,所以研制小型化恒温系统意义明显[3 5]。

针对这一情况,以单片机为控制器核心,对温度信号进行校正和补偿,对温度控制采用相关优秀算法,并且在实验中反复调试控制参数,控制器件采用半导体致冷器,它具有小巧,而且同时满足加热和制冷功能。使小型恒温系统达到较高的要求,为解决温度恒定控制提供了良好的基础。

收稿日期:2009 09 26

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1 硬件设计

因为铂热电阻化学性能稳定且具有较高的测量精

度,所以测温器件选用A级精度薄膜铂热电阻Pt100作为温度传感器。电桥采集温度信号稳定精确,所以采用其作为信号测量电路。采用分辨精度高的16位IC总线型串行A/D转换芯片MAX1119。采用INA118仪表式放大芯片,它的性能稳定,放大后数据准确。以AT89C51芯片作为核心控制器件,芯片具有价格便宜,芯片具有高静电保护,不怕电源抖动。半导体制冷片采用TEC12706。系统原理图如图1

所示。

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图1 恒温系统原理框图

实验控制对象空间是一个0.16L空间的区域。用

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