恒溫箱溫度測控系統設計

為了提高恒溫箱溫度控制的精度，采用 STM 32F 103 系列芯片作為主控制器，結合恒溫箱箱內情況和高精度的控制要求，設計 實現了溫度測量和溫度控制等環節，控制系統軟件部分采用嵌入式操作系統 μC/OSII 基于 C 語言在 Keil 平臺實現。將由外界 環境溫度經 BP 神經網絡預測，并計算得到的溫度變化率作為模糊控制的其中一維輸入，使控制器具有超前控制的作用。經計 算可知，預測溫度的絕對誤差的最大值為 0． 237 20 ℃，平均值為 0． 102 71 ℃，均方差為 0． 063 96 ℃。從預測結果來看，箱內溫 度的預測可以通過 BP 神經網絡預測模型來實現，有效解決了恒溫箱溫度控制的滯后性問題，對電氣設備溫控設計領域起到一 定的理論支撐作用。

溫度作為工業生產過程中最重要的參數之一，對絕大多數化 學及物理反應有著決定性作用，直接影響反應的成敗，從而決定 了生產工藝的好壞以及產品質量的高低，甚至決定了生產過程的 安全問題。因此如何對溫度進行精確檢測和控制也成為人類不 斷研究探索的領域.

溫度控制的核心問題便是溫度控制環節控制算法的設計。 在控制溫度過程中，由于被控對象的本質屬性及其所處外界環境 等各種因素的影響，設計一個通用的溫度控制系統是十分艱難的。國內武漢新美亞科技開發公司推出的開放式面板數字 溫控器 5 Ｒ 7-570，通過 LED 顯示屏顯示當前溫度( 4 位數) 并可 遠程設置目標溫度和旋鈕刻度盤，制冷制熱模式可通過 LED 顏 色加以區分，具有斷路保護的功能，其溫控范圍為 20 ～ 150 ℃，誤 差范圍為 ± 0． 1 ℃。成都業賢科技有限公司生產的 TCM 系列 溫控模塊，延長了制冷片的壽命并提高了穩定性。

在合理設計恒溫箱的機械結構，減弱外界環境溫度變化對箱 內溫度的影響的基礎上，設計高精度溫度測量與控制系統，其主 要功能是根據上位機發送的指令精確控制恒溫箱內的溫度，使溫 度波動范圍在目標溫度 ± 0． 02 ℃ 內。系統總體設計結構如圖 1 所示

 圖 1 中溫度測量環節主要包括兩部分: ①溫度傳感器，將溫 度值轉化為電壓信號，以便后續器件識別和轉換; ②A/D 轉換電 路，將所得電壓信號轉換為相應的數字信號，以供控制器運算和 處理。 系統的軟件部分采用 C 語言編寫，以嵌入式操作系統 μC/ OSII 為基礎進行擴展開發。軟件系統主要可分為溫度測量、溫度 控制和通信模塊三個部分，其組成如圖 2 所示。

 溫度信號的精確測量對后續的溫 度控制等至關重要，溫度測量部分主要 由信號采集和數字濾波兩部分組成，包 括校準溫度傳感器的阻值，編寫 A/D 轉換器的讀寫函數以及數字濾波算法 等。信號采集的過程可由圖 3 表示。