基于dsPIC单片机的计量炉温控系统设计

发布时间：2017-03-18 19:07

  本文关键词：基于dsPIC单片机的计量炉温控系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热电偶是一种常用的温度传感器，在热电偶长期工作过程中，其性能会逐渐偏移恶化，因此我国的计量法规规定，热电偶需要定期进行检定和修正，这就要求有一种计量炉来提供精确稳定的温度，以供在热电偶的检定流程中用。随着现代工业技术和标准的不断提高，国家计量法规对热电偶检定的要求也在逐步上升，现有的技术已经难以满足国家热电偶检定规程中对计量炉的温度范围、温控精度以及温控稳定性的要求。 针对目前在计量校准行业中的计量炉控制系统的缺点，本文提出了一种基于dsPIC数字控制器平台的的高精度计量炉温度控制系统，并对该系统进行了温控方法以及硬件平台的设计和实现。通过对设计样品的功能、性能以及EMC测试，证明了该系统能够长期稳定地在所要求的宽温度范围中使用。本文主要研究内容包括： 1.针对传统计量炉架构中采用的电阻式加热器功耗大，体积大等缺点，本文提出了一种新型的加热器控制结构，，在该系统中使用了一种可重配置的加热器回路，在每个控制周期中，加热器的每组加热元件可以在不同时刻进行不同的连接组合。通过在生产过程中对产品进行校准并且写入控制参数，并且使系统在运行中在每个控制周期调节控制各个可控硅的导通占空比，可以保证整个计量炉温度工作区达到准确稳定均匀对称的温度曲线。 2.针对产品温度控制系统要求可靠性高，实时控制，具有一定运算量，以及功耗低等特点，本文采用了基于dsPIC数字控制器作为平台的单片机架构设计。在设计中通过对处理器外围电路进行了设计计算，保证了该系统在温度控制过程中的精度以及稳定性。并且通过对市电电压检测以及在控制算法中引入补偿，使系统在电源电压有波动的情况下仍然能够保证温度控制过程中的精度以及稳定性。 3.针对产品所适用的EMC电磁兼容规范以及电气设备安全规范，实现了温度控制系统的硬件平台。该硬件平台单板具有集成度高，体积小的特点。通过德国专业认证机构TUV-Rheinland的实验测试，产品符合EMC规范IEC61326-1:2006以及安全规范IEC61010-1，作为一款可应用于高温控制的产品，具有可靠，安全的特点。
【关键词】：热电偶 计量炉 dsPIC数字控制器 温度控制
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH811;TP277
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 论文的研究背景、意义、任务12-13
• 1.1.1 课题技术研究背景12
• 1.1.2 课题来源和意义12-13
• 1.2 计量炉温控器的国内外研究现状13-14
• 1.3 论文的主要研究内容14-15
• 1.4 论文的各章节简述15-16
• 第二章 热电偶检定方法及其计量炉工作原理16-26
• 2.1 热电偶的检定流程16-20
• 2.1.1 热电偶的原理16-20
• 2.1.2 热电偶的检定流程20
• 2.2 热电偶计量炉的工作原理20-23
• 2.3 传统计量炉的温控结构及其弊端23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 温控系统的架构设计26-35
• 3.1 本课题采用的控温方法26-29
• 3.1.1 本课题采用的新型温控结构26-29
• 3.2 控制系统架构图29-31
• 3.3 系统软件设计31-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 系统硬件平台的设计35-67
• 4.1 设计产品的参数35-36
• 4.1.1 市场上相同类型产品参数35-36
• 4.1.2 本设计产品的参数36
• 4.2 系统硬件总体框图36-39
• 4.3 处理器平台及周边电路设计39-44
• 4.3.1 处理器的选型39-40
• 4.3.2 MCU 的引脚定义40-42
• 4.3.3 MCU 周边电路42-44
• 4.3.4 USB 及 RS232 通信电路44
• 4.4 测温电路方案及计算44-60
• 4.4.1 温度传感器的选择44-45
• 4.4.2 测量电路的参数规格45-46
• 4.4.3 冷端温度测量方案46-50
• 4.4.4 热电偶测温电路的设计实现50-53
• 4.4.5 ADC 周边电路设计53-57
• 4.4.6 电路噪声分析57-58
• 4.4.7 测量不确定度分析58-60
• 4.5 功率驱动电路60-62
• 4.6 系统电源设计62-63
• 4.7 过温保护设计63-64
• 4.7.1 过温保护电路设计63-64
• 4.8 交流电源幅值检测及过零检测64-65
• 4.9 本章小结65-67
• 第五章 功能测试和 EMC 测试67-83
• 5.1 硬件单板的实现67-68
• 5.2 EMC 认证68-71
• 5.3 硬件开发环境71-74
• 5.3.1 本文所采用的硬件开发流程71-72
• 5.3.2 本文的 PCB 基本设计流程72-74
• 5.4 样品电路板的电路设计验证74-81
• 5.4.1 控制模块电路的 12V74-75
• 5.4.2 数字电路的 5V75-76
• 5.4.3 数字电路的 3.3V76-77
• 5.4.4 模拟电路 5V77-78
• 5.4.5 MCU 晶振电路的输入78-80
• 5.4.6 可控硅驱动电路80-81
• 5.5 功能性测试81-82
• 5.6 本章小结82-83
• 第六章 结束语83-85
• 6.1 全文总结83-84
• 6.2 后续研究工作84-85
• 参考文献85-87
• 符号与标记（附录 1）87-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 仝卫国,侯立群;基于虚拟仪器的热电偶自动计量检定系统[J];传感器技术;2004年07期

2 黄苏春;热电偶和热电阻测温的误差分析[J];仪器仪表用户;2004年01期

3 庄森,吕延华;热电偶管理及检定数据处理系统的开发与应用[J];计量技术;2005年02期

4 成晓明,刘阳,郭芳,杨健,何成,何端阳;多段电阻炉两级计算机控制系统关键技术的实现[J];计算机自动测量与控制;2002年09期

5 刘洋,吴双,赵永刚;热电偶温度传感器的研究与发展现状[J];中国仪器仪表;2003年11期

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本文编号：254897