恒温箱温度测控系统设计

为了提高恒温箱温度控制的精度，采用 STM 32F 103 系列芯片作为主控制器，结合恒温箱箱内情况和高精度的控制要求，设计 实现了温度测量和温度控制等环节，控制系统软件部分采用嵌入式操作系统 μC/OSII 基于 C 语言在 Keil 平台实现。将由外界 环境温度经 BP 神经网络预测，并计算得到的温度变化率作为模糊控制的其中一维输入，使控制器具有超前控制的作用。经计 算可知，预测温度的绝对误差的最大值为 0． 237 20 ℃，平均值为 0． 102 71 ℃，均方差为 0． 063 96 ℃。从预测结果来看，箱内温 度的预测可以通过 BP 神经网络预测模型来实现，有效解决了恒温箱温度控制的滞后性问题，对电气设备温控设计领域起到一 定的理论支撑作用。

温度作为工业生产过程中最重要的参数之一，对绝大多数化 学及物理反应有着决定性作用，直接影响反应的成败，从而决定 了生产工艺的好坏以及产品质量的高低，甚至决定了生产过程的 安全问题。因此如何对温度进行精确检测和控制也成为人类不 断研究探索的领域.

温度控制的核心问题便是温度控制环节控制算法的设计。 在控制温度过程中，由于被控对象的本质属性及其所处外界环境 等各种因素的影响，设计一个通用的温度控制系统是十分艰难的。国内武汉新美亚科技开发公司推出的开放式面板数字 温控器 5 Ｒ 7-570，通过 LED 显示屏显示当前温度( 4 位数) 并可 远程设置目标温度和旋钮刻度盘，制冷制热模式可通过 LED 颜 色加以区分，具有断路保护的功能，其温控范围为 20 ～ 150 ℃，误 差范围为 ± 0． 1 ℃。成都业贤科技有限公司生产的 TCM 系列 温控模块，延长了制冷片的寿命并提高了稳定性。

在合理设计恒温箱的机械结构，减弱外界环境温度变化对箱 内温度的影响的基础上，设计高精度温度测量与控制系统，其主 要功能是根据上位机发送的指令精确控制恒温箱内的温度，使温 度波动范围在目标温度 ± 0． 02 ℃ 内。系统总体设计结构如图 1 所示

 图 1 中温度测量环节主要包括两部分: ①温度传感器，将温 度值转化为电压信号，以便后续器件识别和转换; ②A/D 转换电 路，将所得电压信号转换为相应的数字信号，以供控制器运算和 处理。 系统的软件部分采用 C 语言编写，以嵌入式操作系统 μC/ OSII 为基础进行扩展开发。软件系统主要可分为温度测量、温度 控制和通信模块三个部分，其组成如图 2 所示。

 温度信号的精确测量对后续的温 度控制等至关重要，温度测量部分主要 由信号采集和数字滤波两部分组成，包 括校准温度传感器的阻值，编写 A/D 转换器的读写函数以及数字滤波算法 等。信号采集的过程可由图 3 表示。