09级 专业综合实验报告.doc

实验成绩： 专业综实验报告课 程 名 称： 专 业 综 合 实 验 学 生 姓 名： 学 号： 系、年级专业： 信息工程系09级电子信息工程专业指 导 教 师： 胡湘娟、余建坤 2011年 月 日3实验成绩： 实验名称 温度测控系统的研制实验 实验地点 实验时间 年 月 日1、 实验目的1、通过电路设计、仿真，掌握电子电路设计和分析方法。2、通过运行和调试，掌握软件的调试方法。3、通过系统的搭接和测试，掌握电子系统硬件的测试方法。2、 实验内容进行温度测控系统的研制，设计电源、显示、键盘、温度测控模块并完成仿真、制作和测试，要求能实现在30摄氏度80摄氏度范围内实现温度的测量和控制。1. 完成温度测控系统的原理图，实现软件仿真；2. 完成温度测控系统的硬件制作；3. 完成温度测控系统的程序设计，并与硬件配合进行系统连调；4. 完成系统测试，记录测试数据。三、实验要求1.设计电源模块给单片机和其它外围模块供电，完成显示模块及键盘控制模块、温度测控模块设计2.在PROTEUS中设计电路，并进行仿真。3.完成系统的硬件制作。4.完成系统的程序设计，与硬件配合进行系统连调。四、实验原理温度测控系统要求能实现在30摄氏度80摄氏度范围内实现温度的测量和控制。系统采用20/30W空心瓷管电阻作为电热元件，用直流稳压电源（30V/2A）供电电源，用PT100作为温度传感器。系统要求对温度实时测量，其输出电压能随电热元件温度的变化而变化。可以将电热元件温度稳定控制在30摄氏度80摄氏度范围内的任一指定温度值，尽量保持匀速升温，减短升温时间。温度测量模块由惠斯通单臂电桥连接仪表放大器组成，采用PT100传感器来获取温度信息，将获取的信息放大后传给单片机进行处理并将结果显示到液晶上。温度控制模块的实现是用键盘控制一个测温点通过继电器，并通过20/30W空心瓷管电阻升高或降低温度完成。单片机通过PID算法调整功率管的功率并且通过PT100传感器以温度的形式反应到液晶，显示出一个动态范围。系统设计以MSP430G2553单片机为核心控制部件，采用PT100铂电阻传感器作为温度信号采集。以5V继电器作为加热控制开关器件，以20/30W空心瓷管电阻作为发热元件。设计制作温度测量和带键盘输入控制，动态显示的恒温控制系统。系统可以对当前温度进行实时监控、显示，并将其控制在一定的范围。PT100铂电阻传感器是利用金属铂的电阻值随温度的改变而改变的物理特性而制成的温度传感器。以铂电阻作为测温元件进行温度测量的关键是要能准确地测量出铂电阻传感器的电阻值。设计硬件组成主要包括温度控制电路、PT100测温电路、信号放大、数码显示、键盘控制，其中AD转换电路用的单片机内部自带的。用到的核心元器件有PT100、20/30W空心瓷管电阻、INA128仪表放大器、5V继电器等。其组成框图如图1所示： 图1 系统原理框图系统程序实现过程中，采用PID算法控制5V继电器工作来实现对功率电阻的加热和维持温度范围。采用PID算法，只需要软件调试就可以控制温度，不需要外部复杂的电路就能保证在实现题目的基本要求的前提下降低成本。温度控制的实现采用模糊控制PID算法。算法通过软件实现，此算法使系统能自行控制加热程度，使系统具有无超调和恒温精度高,具有稳定性好，控制参数对系统的依赖性弱等优点。系统的软件部分包括温度采集部分、PID算法、接受结果处理显示部分等，整个程序用c语言编写采用模块化程序设计。主流程图如图2和图3显示。 图2 总程序流程图 图3 PID算法流程图系统测试要求测试温度，分别记录温度在30C到80C范围内每变化5C对应的模拟电压值并记录测试数据，同时在液晶显示上可以看到数字形式显示的温度值。单片机发出命令，将温度控制在某一初始温度值（如40C）并且尽可能维持较长时间，用秒表经过10次测量取维持时间平均值。然后通过键盘的加温按钮控制升温设定值（如60C）这个测试点，快速升温到设定值并且并且记录升温时间，连续测10次取平均值。然后在升温设定值左右（如60C）尽可能维持，测10次取维持时间平均值。观察LED指示灯亮灭情况，红灯亮表示升温，绿灯亮表示达到初始温度值，黄灯亮表示达到升温设定值。五、实验步骤 1. 在PTOTUES中设计硬件电路并仿真； 2. 用PROTEL设计原理图并且打印出来； 3. 完成温度测控系统的硬件制作和程序设计、进行系统调试； 4. 系统测试，记录系统测得不同温度条件下，LCD显示的数值及对应的电压值；数据填入表一；5. 设定系统升温数值，记录初始温度和设定温度时LCD的显示数值和持续时间，及由初始温度上升到设定温度所需时间值，数据填入表二。表一：温