红色外黑体温控系统设计与实现

发布时间：2017-09-12 04:19

  本文关键词：红色外黑体温控系统设计与实现

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【摘要】：温度的测量和控制对于新产品的开发、促进自动化水平的提高都具有重要的意义。黑体是红外制导、雷达测试等控制系统的主要校准和检测鉴定的仪器,目前专门为之设计的小型化、高精度的控制器产品比较少,本论文根据企业需求研发了一套针对红外黑体的高精度、小型化以及专用化的温控系统,具有稳定性好、超调小、响应速度快、稳态误差小的特点。本论文在分析对比多种温控方案的基础上,设计了三线制PT100桥式测温电路和PID变参数控制的总体方案,研制了专用于红外黑体的温度控制系统。论文主要工作如下。在系统硬件方面,采用了嵌入式技术,以微控制器ARM为核心,利用STM32F103ZET6高度集成了丰富的片上外设资源的特点,以较小的硬件成本,低功率、有限的电路空间,实现了通道选择、温度测量、差分放大、温度控制目标值的设定以及PID控制变参数的整定等多种功能。在软件设计上,采用RealView MDK的开发环境编译程序,并通过JLINK V8下载器将系统的各部分程序载入微控制器,完成了仿真调试和下载,各子程序之间相互独立,程序的可读性与可维护性较高。对整个温控系统进行了实验测试和实验结果分析,实验结果表明,该系统的控制精度约为0.2℃,稳定性约为0.2℃,控温范围约为30～60℃。所研制的温控系统能满足红外黑体温度控制系统的性能指标要求。
【关键词】：黑体 PID控制 STM32微控制器 三线制铂电阻
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-16
• 1.1 序言10
• 1.2 研究背景与意义10-12
• 1.3 温控系统的研究现状12-13
• 1.3.1 温控系统研究现状与发展12-13
• 1.3.2 当前温控系统的局限性13
• 1.4 研究内容13-15
• 1.5 本文基本框架结构15-16
• 2 系统总体方案设计16-24
• 2.1 系统性能指标及特点16-17
• 2.1.1 系统性能指标16
• 2.1.2 系统性能特点16-17
• 2.2 系统总体设计思路17-18
• 2.3 红外黑体结构设计18-20
• 2.3.1 黑体的结构设计18-19
• 2.3.2 辐射板加热器功率19-20
• 2.4 系统硬件设计方案20-22
• 2.5 系统软件设计方案22-24
• 3 系统硬件设计与实现24-42
• 3.1 处理器最小系统24-32
• 3.1.1 电源模块设计26-29
• 3.1.2 复位模块设计29
• 3.1.3 时钟模块设计29-31
• 3.1.4 JTAG仿真模块设计31-32
• 3.1.5 启动配置模块设计32
• 3.2 测量及调理电路设计32-39
• 3.2.1 温度传感器的选择32-35
• 3.2.2 测温及调理电路设计35-39
• 3.3 电加热膜驱动电路设计39
• 3.4 串行通信接口电路设计39-42
• 4 系统软件设计与实现42-58
• 4.1 软件开发环境43-44
• 4.2 系统控制原理框图44
• 4.3 系统整体软件流程图44-45
• 4.4 PID控制算法设计45-50
• 4.4.1 PID控制理论简介46-48
• 4.4.2 PID控制器的参数整定48-49
• 4.4.3 红外黑体PID参数整定49-50
• 4.5 模块化程序设计50-55
• 4.5.1 主程序控制模块50-51
• 4.5.2 采集处理程序模块51-52
• 4.5.3 PID控制程序模块52-53
• 4.5.4 脉宽调制程序模块53-54
• 4.5.5 串口通信程序模块54
• 4.5.6 界面显示程序模块54-55
• 4.6 温控程序在线仿真和程序下载55-58
• 4.6.1 在线仿真55-56
• 4.6.2 程序下载56-58
• 5 系统调试与实验结果分析58-70
• 5.1 系统的调试58
• 5.2 实验数据分析58-69
• 5.3 遇到问题与解决方法69-70
• 6 结论与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果76-80
• 学位论文数据集80

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本文编号：835042