【30页】一种新型的智能加温控制系统毕业设计论文.doc文档推荐下载

部分内容简介多，由于物体可以与外界通过热传递，热辐射等方式进行热交换，因此物体温度的热交换具体情况往往难以把握，这是制约加热器或者测温系统测量精度的重要因素。

随着科技的不断发展，各种应用对温度控制不断提出更高的要求，各种应用中都不断地寻求能够快速地精确的温度控制系统，而传统的温度控制模式控制性能不够理想，控制精度低，滞后严重，影响了产品性能的进步提升。

生物在适应自然的漫长进化过程中，在可靠性抗干扰性自适应和自修复等方面表现出明显的优势。

这为现代科学技术的发展提供了很多解决问题的思路和方法。

在电磁技术领域，随着电磁环境愈发复杂多变，应用于电子系统的传统电磁抗干扰方式的不足正日渐突出，通过研究生物自组织现象就提出的电磁仿生概念。

如果将其运用到加温控制系统中，则是种新的理念，新的尝试。

基于电磁仿生学原理，结合功能强大的单片机处理系统设计出款智能快速精确的加温系统将满足温度控制的高要求，将在工业农业国防等行业有着广阔的应用前景。

国内外研究现状随着现代科学技术的发展，越来越多的智能型自动化系统用于服务人类面临的各种挑战，例如在自然和人为灾难抗击外空间和星球探索等领域中遭遇的危险场合需要机器人等系统处理不便于人类完成的任务。

其中实现的各种不同层次的生物功能的工程技术学科被称为仿生学。

现代电子技术已经成为这些系统的核心部分，在这样的应用场合中也会遇到各种因素导致的自身功能不能正常运用的情形，于是就产生了基于仿生学的系统设计，以获得电子系统性能自恢复结构自组织等能力，谓之电磁仿生。

电磁仿生是刘尚合院士在研究电磁防护时提出的种新的理念，并对其做了深入的理论思考。

生物系统以神经系统为核心，控制生物体根据自身变化和环境变化组织维持自身健康的复杂生命活动，包括正确地从自然界获取所需物质和能量的能力。

当前电磁技术和智能科学的发展，使人们对从设计角度出发，形成结构复杂功能完善的电磁仿生系统充满了期待。

智能加温控制系统的作用是对个物体或空间环境进行快速加温并且进行恒温控制，其应用领域非常广泛。

这种系统主要可分为硬件电路和智能控制算法两大部分。

对于温度检测目前硬件上较多采用热电偶和热电阻传感器，热电偶传感器虽然耐用，测量范围广，但是其体积大，灵敏度低，在高精密高精度的测量系统中不适用热电阻大多采用电阻，虽然电阻的测量范围大，但是其线性度不够高。

在高精度温度采集中，往往要对其进行线性矫正，这种矫正又可分为软件矫正和硬件矫正，硬件矫正电路比较复杂，软件矫正需要很好的模式支持。

对于控制器，有的采用专用的控制器，这种控制器集成了模数转换模块以及运放模块等，有的采用高端的处理器，如系统处理器等等。

在智能控制算法上，控制算法在自动化控制系统中应用较多，控制器的原理简单，易于实现，而且适用范围广。

这种控制方法在软件实现上，般需要把模拟控制器用离散近似的方法转换成数字控制器，然后选择合适的采样周期起控制参数。

有的采用基于现代控制理论的控制方法，现代控制理论以线性代数和微分方程为工具对控制对象采用空间状态变量法进行建模，在建立精确的数学模型基础上，它的控制品质较好，但是对于那些结构复杂，随机干扰因素多而很难建立精确数学模型的控制对象，这种方法不适用。

也有用模糊控制算法进行控制，模糊控制要建立模糊数学模型，对能够建立数学模型的较简单输入输出系统比较适合。

当然，也有很多改进和优化的算法，但是每种算法都有它的局限性。

事实上，实际应用中的问题千差万别，每种算法或者设计都需要根据客观实际实现功能的最优化，这可以用各种高新技术集成起来构成的复杂体系完成。

这样的系统复杂性会导致更多的故障环节和系统耗能，最终成为难于处理的系统可靠性问题。

如果从面临的客观条件和电磁仿生的般原理出发，建立般准则的智能控制模式，以研发最少最简单实现电路的系统就很有意义。

本文基于这样的考虑，开展了基于电磁仿生原理的智能加温系统的研发工作。

本文研究内容本文的研究内容是设计种新型的智能加温控制系统。

系统样机主要针对特定的物体进行加热，温度采集模块对样品进行温度数据采集，微处理器将采集到的数据进行处理，并与用户设定的温度值进行比较分析，通过建立适用的智能算法进行分析，对加热通道进行自组织选择，从而对物体的加热速度进行实时调节。

同时要求系统在实现物体温度的快速稳定的加热控制的同时，能发出声光提示信号。

本文第二章介绍了电磁仿生原理，分析了控制和模糊控制的理论和方法，指出了其在温度控制中的特点和不足，并根据控制对象的实际情况提出了模糊自组织的智能控制模式，结合具体的加温系统给出了控制模式的具体控制流程。

第三章介绍了系统的硬件组成以及程序实现，文中较详细的介绍了硬件系统各个功能模块的设计方法以及技术指标，最后给出了系统的程序设计流程值随温度的变化而改变和的电阻值不相等时，电桥输出个微小的压差信号，这个压差信号经过运算放大器放大后输出大小合适的电压信号，该信号可直接连接模数转换器的信号输入端。

由构成的差动放大电路中，根据电路知识易知放大倍数为，运算放大器采用单双供电。

在电路中，同幅度地调整和的电阻值可以改变电桥输出的压差大小，改变的比值即可改变电压信号的放大倍数，从而满足模数转换器对输入信号电压的大小的要求。

为电位器，调节电位器阻值大小以便准确的设置温度的零点。

在这里，在零点温度的电阻为，所以电位器的阻值设置为。

这里要注意，电位器的电阻值要在其没有接入电路时调节。

电桥的正电源必须接稳定的参考基准电压，这里我们将电源通过稳压管稳压后得到稳定度高的电压，最大程度的提高测量的稳定性。

在实际测温中，由于要求的测温精度比较高，采用了位转换器在量化模拟电压值。

为了不使测温电路的误差掩盖的最小分辨率，对测温电路有两个要求，是要有高稳定度的基准电压二是要具有很高的输入阻抗，减少后级电路对测温电路的影响。

采用高精度的稳压管做基准电压加上电路桥的平衡作用可以大大的减少电源纹波，提供足够稳定的基准电压但是在图的电路中，我们可以发现整个测温电路的输入阻抗由电阻决定，输入阻抗为有限值，这在定程度上影响了测温电路的精度。

因此对电路做了改进，改进后的电路如图图三线制电路桥高阻抗电路通过两级运算放大电路隔断桥式电路与输出端的电流联系，相当于使输入阻抗足够大同时两级运算放大器级联，每级的放大倍数不需要很大，这保证了运算放大器可以工作在线性区域。

当然要想系统更加稳定，运算放大器应该采用双电源供电，同时要尽量保证电源的稳定性，在计算中要按照电阻的实测值进行计算。

这种电路虽然理论上具有很高的测量精度，但是由于电阻比较多，计算比较复杂计算中会有很多取舍，实际的测量精度与理论值存在较大差距。

因此，我们最终考虑用集成度比较高的，高精度的仪用放大器代替后面的两级运放。

仪用放大器内部的电阻是采用光刻校准的，精度很高，而且采用仪用放大器电路连接比较简单。

下图为仪用放大器芯片内部结构图图仪用放大器内部结构图经过转换放大得到的电压值信号采用公司生产的十六位转换器进行模数转换，为高速串行的转换器，转换速度快，精度高，而且使用简单，占用的处理器端口资源少，如图是转换器的操作时序和转换关系图图时序图和转换图加热器设计与制作由于加热样品尺寸是固定的，为了达到最好的加热效果，以及方便计算加热器的比热容加热功率等参数配合智能控制算法，我们根据傅立叶红外光谱仪加热样品的尺寸等特性要求自行设计了加热模块的方案，图使用软件绘制的外观尺寸模型图加热模块外形尺寸图整个加热器的外形尺寸是直径为，高度为的圆柱，然后中间开孔，孔半径均可，然后再在圆柱形加热器的半径上开半个圆柱形的槽，槽半径，以便插入传感器。

我们与生产厂家联系，定制了加热器，根据加热器的材料，外形尺寸等，可以大致估算出加热器的比热容，吸散热功率等，配合以后的智能控制算法。

加热通道设计在不同的加热温度范围内，加热器的加热与散热的平衡关系不同，温度越高的加热器与周围的环境的热交换越快，即散热量越大，要想在不同的温度差内都能保持很好的平衡关系，就要求加热器的功率可调，因此我们设计了不同的加热通道来实现不同的功率分配。

这种功率分配的原理简单，通过串联大功率电阻分压来实现的。

在不串联任何电阻的情况下，加热器的功率为左右，通过控制继电器可以选择功率二分之档四分之档等。

每个通道的选择通断通过继电器来控制，继电器的驱动电路如图图继电器驱动电路电阻后面接的是单片机的控制口，当该控制口的输出电平为低电平时，三极管导通，继电器有电流通过，有开关动作当该控制口的输出电平为高电平是，三极管截止，继电器无开关动作。

显示电路设计我们采用数码管进行显示，根据现实的温度范围和精度要求需要四位数码管进行显示每个温度值，动态温度和目标温度两个温度值需要八个数码管。

图是数码管的驱动电路图数码管驱动电路需要说明的是，这里每个温度显示使用了五个数码管，其中有个是作为以后改进扩展使用的，比如提高精度或者扩大测量范围使用。

程序设计及实现我们采用的处理器是系列的单片机，在环境下使用语言进行编程，来实现本文构建的模糊自组织智能控制算法。

程序的流程图如图开始及计时器初始化函数初始化函数温度信息采集数据信息处理恒温模式模糊自组织算法加温模式是否图程序流程图首先对系统进行初始化，包括单片机的上电初始化，计时器的初始化等等，然后提示用户输入温度信息。

温度信息输入完毕后，系统开启加热通道开关，同时温度传感器不断的采集温度信息，并与用户的输入信息作比较，调用智能算法，完成加热通道自组织，并将温度每个时刻的温度同步输出到显示界面。

温度信息采集的