CN102981529B - 用于红外动态跟踪特性测试的黑体温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是用于红外动态跟踪特性测试的黑体温度控制装置。键盘器件和显示器件分别与单片机相连接，在单片机上连接有固态继电器和加热器，并与红外模拟器相连接，在红外模拟器依次通过热电阻、通道选择器、前置电路和差动放大器反馈连接与单片机上。通过黑体温度控制，达到控制黑体温度的技术目的。本发明的采用能够有效降低黑体温度变化对动像拖尾效应的影响，工程实现容易。应用于红外动像传递函数测量装置的黑体温度控制，还适宜在航空、航天测试相关领域的作为黑体温度控制的装置应用。

Description

用于红外动态跟踪特性测试的黑体温度控制装置

技术领域

本发明涉及光学领域的测试装置，具体地说是用于红外动态跟踪特性测试的黑体温度控制装置。

背景技术

在飞行器红外制导系统实验中,利用红外目标模拟器来模拟运动及距离可调的目标源,用来检测飞行器红外制导系统的灵敏度、捕获概率、调制特性和跟踪特性等性能。可以说,红外目标模拟器的准确度和性能稳定性,直接关系到红外制导系统的主要技术指标和性能。在目前的工程应用中,常用的控制方法是遗传算法控制、模糊控制、神经网络控制等多种非线性控制方法。

但这些类控制方法具有以下缺陷:如果测量时黑体温度发生微小变化,会对动像拖尾效应产生影响,进而在进行动态传递函数测量时对测量结果(主要是空间截止频率)产生较大的偏差。

发明内容

为了控制用于红外动态跟踪特性测试黑体的温度，本发明提出了用于红外动态跟踪特性测试的黑体温度控制装置。该装置通过单片机控制红外模拟器的加热，解决红外模拟器的黑体温度控制，测试红外动态跟踪特性的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

黑体温度控制装置结构构成：

键盘器件和显示器件分别与单片机相连接，在单片机上连接有固态继电器和加热器，并与红外模拟器相连接，在红外模拟器依次通过热电阻、通道选择器、前置电路和差动放大器反馈连接与单片机上。

黑体温度控制：

当对红外模拟器实现加热时，首先通过键盘向单片机输入开始指令，单片机接收开始指令后进入初始化阶段，初始化后，通过显示器件显示DIS是否按下、SET是否按下，并通过键盘器件设定控制温度和温度设定确定否，如果确定，加热器工作加热，如果不确定，加热器不进行加热；此时，DIS如果按下，测量实时温度，输入进行模糊PID控制电路，当SET按下时，测量并显示实时温度，实时温度值也输入到进行模糊PID控制电路中，单片机根据进行模糊PID控制电路的温度值与设定值相比较，确定温度需要调整否，当温度值与设定值不符，则继续启动温度调整程序，返回温度测量过程。当温度设定值与实时测量值相符后，退出温度控制输入操作。

积极效果，本发明能够控制黑体温度，用于测试红外跟踪特性，能有效降低黑体温度变化对动像拖尾效应的影响,鲁棒性强,工程实现容易。适宜作为红外跟踪特性测试的装置应用。

附图说明

图1为本发明黑体温度控制装置部件构成图

图2为本发明操作过程图

具体实施方式

黑体温度控制装置结构构成：

据图所示，键盘器件和显示器件分别与单片机相连接，在单片机上连接有固态继电器和加热器，并与红外模拟器相连接，在红外模拟器依次通过PT100、通道选择器、前置电路和差动放大器反馈连接于单片机上。

黑体温度控制：

当对红外模拟器实现加热时，首先通过键盘向单片机输入开始指令，单片机接收开始指令后进入初始化阶段，初始化后，通过显示器件显示DIS是否按下、SET是否按下，并通过键盘器件设定控制温度和温度设定确定否，如果确定，加热器工作加热，如果不确定，加热器不进行加热；此时，DIS如果按下，测量实时温度，输入进行模糊PID控制电路，当SET按下时，测量并显示实时温度，实时温度值也输入到进行模糊PID控制电路中，单片机根据进行模糊PID控制电路的温度值与设定值相比较，确定温度需要调整否，当温度值与设定值不符，则继续启动温度调整程序，返回温度测量过程。当温度设定值与实时测量值相符后，退出温度控制输入操作。

1、单片机的选择与电路本控制器方案选择以PIC16F873A单片机作为核心器件。

a.电路PIC16F873A单片机具有多种复位功能,包括上电复位（Power-on Reset,POR）、电源掉电复位(Brown-out Reset,BOR)、一般操作下MCLR强制复位、看门狗定时器复位(whtchdog Time Reset,WDT Reset)以及休眠模式下的MCLR和看门狗定时器复位。在正常工作状态下,MCLR引脚应保持高电平,当引脚信号变为低电平并保持该状态超过2μs时,单片机就会进入复位状态。

b.电路振荡时钟的频率决定了单片机工作的速度,因为其内部所有的动作都是根据这个时钟来驱动进行的。PIC16F873A单片机支持高达20MHz的时钟频率,根据本控制器的实际需要,选择8MHz石英晶体振荡器作为时钟源,由于PIC16F873A单片机的指令周期为4个时钟周期,控制器工作的实际指令周期为50OnS。

2、测温电路

测温电路方案选择由PT100构成信号的获取。为了保证恒流源的高精度,同时使用了高精度的稳压芯片LT1121,该芯片精度高,输出稳定,效果好,而且它具有较大的输出电流(150mA),能够同时给运放,单片机和其他芯片提供电源。

3、温度传感器连接电路

温度传感器连接电路对于温控系统来说是至关重要的,如果采用方法不当,则直接造成设计的失败。经过各项比较,温度传感器连接电路采用四线制连接方式。其中后级得到的电压值是热电阻PT1OO两端的电压,由于后级运放的高阻抗,中间的2跟长线实际上是不产生压降的,根据电路分析,不难看出反馈到后级电路的电压刚好是铂电阻两端的电压,电路很好的利用运放“虚断”的特点,消除了导线电阻带来的误差。

4、固态继电器接口电路

温度控制器的温度控制元件工作电流大、功率高,不能通过单片机的引脚直接驱动,系统采用了SSR电平输出的固态继电器接口电路。PIC16F873A单片机内部集成的PWM模块周期分辨率为8位,在单片机时钟为8MHz时,输出PWM信号频率为30Hz-7KHz,在设计中实际选择了PWM信号频率为lkHz,占空比分辨力可达4μs,完全能够满足精确控温的需要。

特点：

本发明的单片机工作后首先动态选择通道来获取信号,铂电阻传感器将对应通道的被控目标的温度信息通过恒流源电路转换为电压信号,经过低噪声、高精度的差分放大电路放大并送给单片机进行A/D转换。单片机获取转换后的温度信息,根据一定的控制算法生成控制信号经固态继电器驱动加热器工作,使温度迅速、精确地稳定在预先设定的温度值。为了方便用户使用,提高控温精度与响应速度,本控制器采用模糊PID算法控制,各项控制参数由系统自动整定。

用于红外动态跟踪特性测试的黑体温度控制装置的发明基于模糊PID算法,利用动态传递函数测试红外系统动态跟踪特性时的黑体温度控制方法,解决现有的控制方法中测量时黑体温度发生微小变化,测量结果会(主要是空间截止频率)产生较大的偏差的问题。该发明可有效降低黑体温度变化对动像拖尾效应的影响,鲁棒性强,工程实现容易,具有推广应用价值。

Claims (1)

1. 用于红外动态跟踪特性测试的黑体温度控制装置，键盘器件和显示器件分别与单片机相连接，在单片机上连接有固态继电器和加热器，并与红外模拟器连接，加热器与红外模拟器相连接，红外模拟器依次通过热电阻、通道选择器、前置电路和差动放大器反馈连接于单片机；

其特征是：

当对红外模拟器实现加热时，首先通过键盘器件向单片机输入开始指令，单片机接收开始指令后进入初始化阶段，初始化后，通过显示器件显示DIS是否按下、SET是否按下，并通过键盘器件设定控制温度和温度设定确定否，如果确定，加热器工作加热，如果不确定，加热器不进行加热；此时，DIS如果按下，测量实时温度，输入模糊PID控制电路，当SET按下时，测量并显示实时温度，实时温度值也输入到模糊PID控制电路中，单片机根据进行模糊PID控制电路的温度值与设定值相比较，确定温度需要调整否，当温度值与设定值不符，则继续启动温度调整程序，返回温度测量过程，当温度设定值与实时测量值相符后，退出温度控制输入操作。