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基于ARM的常温面源黑体精密温度测控技术研究

作　者: 辛舟
导　师: 郎宝华; 胡铁力
学　校: 西安工业大学
专　业: 控制工程
关键词: ARM 面源黑体温度测控热敏电阻 PT100 PWM TEC
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文的主要研究对象是常温面源黑体,它作为一种红外标准辐射源广泛的应用于社会生产生活的各个领域。在民用方面主要用于检测和校准各种型号非接触式红外热成像仪器。在军品方面,主要用于在红外设备研制中的检测和校准,包括红外搜索、探测设备,远距离侦察和火控系统等武器装备研制过程中的检测和校准,并用于第三、四代红外焦平面阵列器件的检测与校准。本文的研究内容以ARM芯片为主控系统对常温面源黑体精密温度测量和控制技术进行了研究。本文介绍了面源黑体发展背景和应用前景,并对常温面源黑体测控系统的各环节进行可行性分析。分析内容包括：温度传感器和温度传感器驱动方式、温度测量电路、数据采集电路、TEC驱动及TEC的控制方式等。论文主要介绍了温度测量系统及其校准、ARM的软件环境设置及与ADC通信的主要函数、数字滤波、常温面源黑体的控制方法研究。提出了分别以恒流源驱动PT100和热敏电阻两种传感器作为温度探测传感器对常温面源黑体进行精密温度测量的方法。实现了对纳伏级温度的微弱信号的探测,并运用多种模式控制算法实现对常温面源黑体的高精度控制。达到了常温面源黑体测量分辨率为0.001℃,控制稳定性为±0.005℃

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 面源黑体  9
  1.3 常温面源黑体国内外技术对比  9-11
  1.4 热力学温标体系及温度测量分类  11-14
    1.4.1 国家温度基准器具  12-13
    1.4.2 国家计量器具  13-14
    1.4.3 温度测量分类  14
  1.5 课题研究的内容及技术指标  14-15
  1.6 课题研究的来源  15-16
2 方案设计及分析  16-24
  2.1 温度测量传感器  16-17
    2.1.1 温度传感器选择  16
    2.1.2 温度传感器的指标参数  16-17
  2.2 铂电阻采用的测温方法  17-19
    2.2.1 恒流源驱动  17-18
    2.2.2 恒压源驱动  18-19
  2.3 恒流法驱动的热敏电阻  19
  2.4 温度数据采集  19-20
  2.5 半导体热电制冷器  20
  2.6 TEC的驱动方法  20-21
  2.7 面源黑体的控制方法  21-23
  2.8 中央处理控制器  23-24
3 硬件电路设计  24-32
  3.1 恒流源电路  24-25
  3.2 测温电路  25-26
  3.3 ADC数据采集  26-27
    3.3.1 AD7190  26
    3.3.2 AD7190的数据传输接口  26-27
  3.4 SSI数据接口  27-28
    3.4.1 SSI接口帧格式  27-28
    3.4.2 与ADC通信的帧格式  28
  3.5 测量系统硬件校准  28-30
    3.5.1 测量放大电路与ADC数据采集电路的校准  29
    3.5.2 恒流源的校准  29-30
  3.6 控制系统设计  30-32
4 温度测量数据处理  32-36
  4.1 测量数据的数字滤波  32-34
  4.2 测温系统的系统校正处理  34-35
  4.3 实验数据  35-36
5 基于ARM的软件开发  36-44
  5.1 ARM芯片的软件开发平台  36-37
    5.1.1 ARM ADS1.2开发软件  36
    5.1.2 RealView MDK软件  36
    5.1.3 TKStudio软件  36-37
    5.1.4 AK100仿真器  37
  5.2 AK100与RealView MDK仿真环境设置  37-39
  5.3 AD7190的程序主要函数定义  39-44
6 温面源黑体温度控制方法  44-54
  6.1 常温面源黑体控制方法  44-45
    6.1.1 大林算法及Smith预估控制  45
  6.2 系统时域稳定性和BANG-BANG控制  45-46
    6.2.1 常温面源黑体的BANG-BANG控制  45-46
  6.3 PID控制方法  46-48
    6.3.1 PID经典控制  47
    6.3.2 增量式数字PID控制  47-48
    6.3.3 PID参数整定  48
  6.4 F-PID控制  48-54
    6.4.1 模糊控制器的结构选择  49
    6.4.2 糊规则的选取  49
    6.4.3 确定模糊控制器模糊化和解模糊化  49
    6.4.4 糊糊控制器的参数确定  49-50
    6.4.5 糊糊控制器算法程序的编写  50
    6.4.6 模糊PID控制器的设计  50-52
    6.4.7 模糊PID控制器△Kp求值  52-54
7 实验结果与分析  54-58
  7.1 PID调试的原则  54
  7.2 PID调试实验  54-56
  7.3 恒流源的测试  56
  7.4 ADC数据测试  56-57
  7.5 温度测试  57-58
8 结论  58-60
  8.1 论文总结  58
  8.2 下一步工作展望  58-60
参考文献  60-62
附录  62-64
致谢  64-66

基于ARM的常温面源黑体精密温度测控技术研究

内容摘要

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