基于msp430的温控系统

Author:zhangbin

学习笔记

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2012-09-16

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电信实训报告

指导老师：邓宏贵教授

题目：温度的测量与控制

小组成员：张 彬1404090315

李梦平1404090312

邱泽宇1404090130

唐芳梅1404090303

马金雄1404090320

2012年8月30日

温度的测量和控制

1、设计思路描述：（含设计思路、原理框图等）

根据题目的基本要求，要实现的功能是对加热丝进行温度测量（本来题目要求对空心瓷电阻加热，但由于空心瓷电阻买不到合适的规格故用加热丝代替），显示温度，然后再利用测量得到的温度与设置温度来进行恒温加热控制。我们采用pt100作温度传感器，将加热丝直接绑在pt100上面，再将pt100接入惠斯顿电桥，将电桥两端的电压差送入仪表放大器放大后，AD采样送入MSP430单片机。然后单片机通过公式转换计算出温度，实现温度测量，并用12864液晶显示出来。在加热控制部分，我们首先通过人机接口，以中断的方式用键盘输入预设温度。然后通过PID算法输出PWM波驱动功率场效应管实现对加热丝的加热控制。

对于提高要求部分，在基础部分已可实现第一小问将电热元件温度稳定地控制在30℃~80℃之间的任一指定温度值的要求。对于第二问，我们在恒温加热的基础上对温度进行细分，并与设定时间内的某个时间点相对应。使得在一定的时间区间内只加热到一定的温度，从而能保证在一个较为恒定的时间内正好加热到预设温度，也保证了匀速升温。

其原理框图如下图1：

图1系统原理框图

2、硬件电路图：（贴入设计的硬件电路）

1.温度测量电路原理图

Pt100感应温度变化而输出相应压差，仪表放大器放大微弱压差，送给AD采样后送进单片机处理。电路如下图

2：

图2pt100测量电路

2．电源电路原理图

8V直流电除给加热丝供电外还经LM317稳出5V电压供运放及AD等正常工作。5V电压又经TL431精稳出基准电压用

作桥电路和AD参考电压

图2.2基准电压源电路

3.控制电路原理图

模拟开关CS4051选通3个指示灯，三极管驱动MOS管作为加热开关

图3控制电路

4键盘电路原理图

由于本款单片机的IO口有限，只能借助HD7279来接矩阵键盘实现温度设定值以及加热时间设定值的输入

图4键盘电路

3、算法数学描述：（含算法的数学表达式、符号说明等）

本文主要采用两种算法实现题目要求：

第一个是PID算法的改进，由于温度控制是一个只能加热不能制冷的控制，所以我们只用了PI。首先通过P让温度加到一个离设定温度较近的温度，然后利用I逼近设定温度。

程序如下：

voidpid()

{

if(set_t-now_t>13)

e2=0;

e1=set_t-now_t;//设定值和实际值之间的误差

uk=kp*e1+ki*e2+kd*e3;

//wr_float(0,1,e2);

e2=e1+e2;

e3=e1-e4;

e4=e1;

if(uk>speed)//防止升温过快

uk=speed;

if(uk<0)

uk=0;

control_value=1-uk;//pid输出的控制量即PWM的占空比

}

第二个是时间控制的线性算法

在时间控制中要求温度从40°均匀加热到60°，并且时间任意可设。

本程序实现的方法是：设定时间set_time是以s为单位，把40°到60°的这20°温差平均分成set_time份。然后在控制周期中，每一个周期让时间段time_m自加1，然后根据平均的公式算出该时间段应该达到的温度，公式如下：

因为控制时间输入set_time是以s为单位，而控制周期是100ms，所以上面要除以10。

具体的实现代码如下：

control_m_value=(float)time_m/set_time;

control_m_value=control_m_value/10;//时间的控制以100ms为单位，时间的设定是以1s为单位

control_m_value=40+20*control_m_value;

set_t=control_m_value;

pid();

CCR1=control_value*12000;//调节PWM的占空比12000为PWM周期

4、软件流程图：（贴入各程序流程图）

程序是整个系统中很重要的一个组成部分，它在硬件的基础上协调着整个系统各个硬件部分的一同工作，控制着整个温控系统的一举一动。软件的主要功能包括有：

（1）传感器信号的采集、处理

（2）加热丝的PWM输出

（3）加热的温度和速度控制

（4）温控系统运行流程控制：程序初始化、温控的启动与结束、液晶显示模块控制

（5）温控信息显示与参数设定：状态显示、控制算法参数设定等

上面的几个能中，除了程序的初始化在主函数中执行，其他的各个部分都是在中断函数中执行的，其中键盘检测和数据输入是在键盘中断中执行，其他的数据采集、处理、控制等都是在定时器5ms中断中执行的。单片机平时处于低功耗模式，降低功耗。

程序的流程图如下：

图5程序流程图

5、测试方法描述：（含模块与系统测试方法）

（1）电源模块：输入8V直流电压，通过测试各点电压输出，保证5V的供电电源和4.2V的参考电压的正确输出。