如何实现温度控制系统的设计

　　1、设计任务设计一个温度控制系统，用大功率电阻模拟加热过程，采用自然散热，用温度传感器测量、显示实际温度，能够将温度稳定在设定值上（室温~45℃）。 2、任务及要求：（1）基本要求：（a）温度测量误差不大于 0.5℃，达到稳态后实际温度与设定值误差不大于±1℃。（b）完成温度控制系统的设计、制作、调试；（c）要求：温度控制范围：环境温度～45℃，尽量缩短初始值到设定值的时间，同时尽量减小这一过程中超调量。（d）用 LCD 模块显示温度实际值和目标温度。（2）发挥部分：（a）和 PC 机通信，通过 PC 机设定目标温度，采集实际温度，并在电脑上显示温度从初始值变化到目标值的过程曲线。（b）利用触摸屏设定目标温度，采集实际温度，并在触摸屏上显示温度从初始值变化到目标值的过程曲线。

　　3、设计方案温度控制系统的系统结构框图，如图 1 所示。按键 1、按键 2 用于设定目标温度，字符型 LCD 模块显示目标的实际温度及温度设定值；3W 功率电阻用于实现加热；温度传感器测量实时温度。CH340G 用作 USB 和单片机 UART 的串行通信接口，可以将实际温度实时传送到 PC 机上；图中虚线所示的串口 LCD 接口，可以将温度数据传送到串口 LCD 屏上，这部分功能由于串口屏价格较高，暂不实现。

　　硬件电路设计分析系统结构克制，温度控制系统由电源、温度采集、加热控制、键盘模块、显示模块、USB 转串口通信模块等构成。 3.1.1 电源模块单片机的供电电源采用 USB 接口中提供的+5V 电源，PC 机的 USB 接口所提供的+5V 电源，输出电流可达 0.5A，完全可以满足控制部分的供电需求，3W 的大功率电阻采用 12V/3A 的外部电源供电。 3.1.2 控制模块采用单片机作为控制模块核心。单片机控制功能强、价格低廉、使用灵活方便。选用具有 ISP 功能的 STC 系列单片机，为提高系统的集成度、减少外部器件的使用，选用内含 PWM 模块的 STC12C5A60S2 单片机作为控制模块的核心。STC12C5A60S2 中的 PWM 模块具有 8 位脉宽分辨率，当控制 12V 电源对 51 欧姆电阻加热时，控制的电阻功率分辨率为（12*12/51）/256=0.011W，即 11 毫瓦，完全可以满足温度控制精度的要求。 3.1.3 功率加热控制模块单片机 PWM 模块输出的 PWM 波，通过控制大功率场效应管 IRF3205，从而控制 51 欧姆（3W）的加热。