CN102982721A - 烤箱温度反馈自动控制实验教学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，包括微处理器系统、温度反馈自动控制电路和烤箱，所述微处理器系统通过温度反馈自动控制电路与烤箱连接，所述温度反馈自动控制电路，用于获取烤箱的温度测量值后，并将温度测量值与温度设定值的偏差值作为控制信号来控制烤箱的实际温度，使烤箱的加热量与其散热量在温度设定值点上保持平衡。本发明利用PD-32E微机教学实验装置完成温度反馈闭环自动控制系统实验，克服了PD-32E微机教学实验装置上的I/O接口电路无法完成温度反馈闭环自动控制系统实验的缺陷，通过温度检测元件、温度变送器单元、8255A单元、固态继电器SSR和烤箱后就可以完成温度反馈闭环自动控制系统实验。

Description

烤箱温度反馈自动控制实验教学装置
技术领域
本发明涉及一种计算机教学课程的实验装置，特别涉及一种计算机教学实验烤箱温度反馈自动控制实验系统。
背景技术
目前国内的计算机教学课程中往往要进行大量的实验教学，为适应微型计算机原理类课程教学的需要，微型计算机教学实验装置成为高校非计算机专业学生《计算机组成原理及应用》、《计算机硬件技术基础》、《计算机控制技术》等课程的实验教学平台。但是，这些实验教学平台还不能完全适应教学实验的需要。比如在进行烤箱温度控制的实验时，现有的微机教学实验装置上的I/O接口电路无法完成温度反馈闭环自动控制系统实验。因其缺乏1）温度变送器单元电路，无法将温度信号转换成12位模数（A/D）转换器能够接收的电压信号，实现对被测对象（烤箱）温度的测量与显示；2）执行机构固态继电器SSR，无法实现控制信号作用于被控对象（烤箱），因此基于温度反馈控制的实验教学就无法完成。
因此急需一种能够使学生在《计算机控制技术》实验教学过程中可以完成烤箱温度反馈自动控制实验的装置。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使学生在《计算机控制技术》实验教学过程中可以完成烤箱温度反馈自动控制实验的装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，包括微处理器系统、温度反馈自动控制电路和烤箱，所述微处理器系统通过温度反馈自动控制电路与烤箱连接，所述温度反馈自动控制电路，用于获取烤箱的温度测量值后，并将温度测量值与温度设定值的偏差值作为控制信号来控制烤箱的实际温度，使烤箱的加热量与其散热量在温度设定值点上保持平衡。
进一步，所述温度反馈自动控制电路包括温度变送器单元、模数A/D转换单元、可编程并行输入/输出接口8255A单元、固态继电器SSR和控制器；
所述温度变送器单元，用于将铂热电阻PT100所感测到的温度对应的阻值转换成A/D转换器能够接收的电压信号；
所述模数A/D转换单元，用于将温度变送器输出的电压转换成对应的数字量；
所述可编程并行输入/输出接口8255A单元，用于将控制器计算出的控制输出量转换成一个控制周期中的占空比输出；
所述固态继电器SSR，用于接收8255A单元送来的控制输出量并作用于烤箱；
所述控制器，用于接收及处理分析模数A/D转换单元输出的信号并通过可编程并行输入/输出接口8255A单元输出控制输出量。
进一步，所述电压信号为±5V的直流电压信号。
进一步，所述控制器采用计算机。
进一步，所述温度变送器单元为将温度信号转换成电压信号的电路。
进一步，所述温度变送器单元包括温度检测元件、R/V转换电路和电压放大电路；
所述温度检测元件，用于测量烤箱的温度；  
所述R/V转换电路，用于将温度检测元件PT100热电阻的阻值信号转换为电压信号；
所述电压放大电路，用于将R/V转换电路的电压差信号转换成的电压信号。
进一步，所述微处理器系统是PD-32E微机教学实验装置。
进一步，所述模数A/D转换单元为12位模数A/D转换单元。
本发明的优点在于：本发明利用PD-32E微机教学实验装置完成温度反馈闭环自动控制系统实验，克服了PD-32E微机教学实验装置上的I/O接口电路无法完成温度反馈闭环自动控制系统实验的缺陷，通过温度检测元件、温度变送器单元、固态继电器SSR和烤箱后就可以完成温度反馈闭环自动控制系统实验。其特点是：1）充分利用在PD-32E微机教学实验装置上的类PCI插座空间和电源进行扩展；2）温度变送器单元电路简单，成本低廉，其转换精度取决于PT100热电阻，电桥桥臂的其它3个电阻及放大电路反馈电阻的精度，实际运用中可灵活掌握；4）利用PD-32E微机教学实验装置上的电源供电，使结构更紧凑。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为温度反馈闭环自动控制系统框图；
图2为温度变送器单元电路原理框图；
图3为温度变送器单元电路图；
图4为改进的PD-32E开放式微型计算机教学实验装置。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为温度反馈闭环自动控制系统框图，图2为温度变送器单元电路原理框图，图3为温度变送器单元电路图，如图所示,图中：1）PT100是检测温度的铂热电阻，其作用是：感测被测温度，使其成为阻值的变化（阻值的变化符合国家颁布的铂热电阻PT100分度表）；2）电阻R3-1，电阻R3-2，电阻R6，铂热电阻PT100，电位器W1组成一个电桥，其作用是：将处于一个桥背的铂热电阻PT100的阻值变化转换成为电桥的电压输出，实现R/V的转换；3）电阻R1-1和D3提供电桥的基准电压；放大器AR1，电阻R4-4，电阻R5-1，电位器W2，电容C2，电容C3组成一个放大电路，其作用是：将电桥的输出电压转换成为±5VDC电压输出；4）+12V，-12V电压为放大器AR1和电桥提供供电电源。
图4为改进的PD-32E开放式微型计算机教学实验装置，图中的SSR固态继电器、电烤箱、温度变送器和温度检测元件为原PD-32E微机教学实验装置中不具有的模块。如图所示：本发明提供的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，包括微处理器系统、温度反馈自动控制电路和烤箱，本实施例提供的微处理器系统采用PD-32E微机教学实验装置。所述微处理器系统通过温度反馈自动控制电路与烤箱连接，所述温度反馈自动控制电路，用于获取烤箱的温度测量值后，并将温度测量值与温度设定值的偏差值作为控制信号来控制烤箱的实际温度，使烤箱的加热量与其散热量在温度设定值点上保持平衡。
所述温度反馈自动控制电路包括温度变送器单元、A/D转换单元、可编程并行输入/输出接口8255A单元、固态继电器SSR和计算机，
所述温度变送器单元，用于将铂热电阻PT100所感测到的温度对应的阻值转换成12位模数（A/D）转换器能够接收的±5VDC的电压信号；
所述12位模数（A/D）转换单元，用于将温度变送器输出的电压转换成对应的数字量；
所述可编程并行输入/输出接口8255A单元，用于将计算机计算出的控制输出量转换成一个控制周期中的占空比输出；
所述固态继电器SSR，用于1）接收可编程并行输入/输出接口8255A单元送来的控制输出量作用于被控对象（烤箱）；2）隔离可编程并行输入/输出接口8255A输出的弱电信号与加热烤箱的220VAC强电信号；
所述计算机，用于1）接收12位模数（A/D）转换单元输出的信号；2）通过可编程并行输入/输出接口8255A单元输出控制输出量；3）实现控制算法的计算；4）显示参数，接收键盘数据；
所述烤箱，用于承担被控对象的角色；
所述温度变送器单元为将温度信号转换成电压信号的电路。
所述温度变送器单元包括温度检测元件、R/V转换电路和电压放大电路；
所述温度检测元件，用于测量被控对象（烤箱）的温度；  
所述R/V转换电路，用于将温度检测元件铂热电阻PT100的阻值信号转换为电压信号；
所述电压放大电路，用于将R/V桥路转换的电压差信号转换成±5VDC的电压信号。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.  烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：包括微处理器系统、温度反馈自动控制电路和烤箱，所述微处理器系统通过温度反馈自动控制电路与烤箱连接，所述温度反馈自动控制电路，用于获取烤箱的温度测量值后，并将温度测量值与温度设定值的偏差值作为控制信号来控制烤箱的实际温度，使烤箱的加热量与其散热量在温度设定值点上保持平衡。
2.  根据权利要求1所述的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：所述温度反馈自动控制电路包括温度变送器单元、模数A/D转换单元、可编程并行输入/输出接口8255A单元、固态继电器SSR和控制器；
所述温度变送器单元，用于将铂热电阻所感测到的温度对应的阻值转换成A/D转换器能够接收的电压信号；
所述模数A/D转换单元，用于将温度变送器输出的电压转换成对应的数字量；
所述可编程并行输入/输出接口8255A单元，用于将控制器计算出的控制输出量转换成一个控制周期中的占空比输出；
所述固态继电器SSR，用于接收可编程并行输入/输出接口8255A单元送来的控制输出量并作用于烤箱；
所述控制器，用于接收及处理分析模数A/D转换单元输出的信号并通过可编程并行输入/输出接口8255A单元输出控制输出量。
3.  根据权利要求2所述的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：所述电压信号为±5V的直流电压信号。
4.  根据权利要求2所述的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：所述控制器采用计算机。
5.  根据权利要求2所述的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：所述温度变送器单元为将温度信号转换成电压信号的电路。
6.  根据权利要求2所述的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：所述温度变送器单元包括温度检测元件、R/V转换电路和电压放大电路；
所述温度检测元件，用于测量烤箱的温度；  
所述R/V转换电路，用于将温度检测元件铂热电阻的阻值信号转换为电压信号；
所述电压放大电路，用于将R/V转换电路的电压差信号转换成的电压信号。
7.  根据权利要求1所述的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：所述微处理器系统是PD-32E微机教学实验装置。
8.  根据权利要求2所述的烤箱温度反馈自动控制实验教学装置，其特征在于：所述模数A/D转换单元为12位模数A/D转换单元。
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