课题分析

陀螺温控电路设计，简单地说，就是利用单片机作为系统的主控制器，温度检测电路中得到的信号经过高精度集成运放OP07进行差动放大、滤波，送入特定的单片机C8051F017中进行A/D采样，进行处理再经过一定的算法后单片机的输出用来控制达林顿管的通断，从而控制了加热片的输出功率，即实现了对温度的控制调节。

本电路设计的具体指标要求是：

⑴温度控制要求：56℃

⑵温度控制精度要求：±0.2℃

本课题是作为一个工程实际问题的，因此，设计时考虑到了工程实际。本课题是陀螺温控电路设计，无疑离不开测温元件。测温元件是一种温度传感器，它将环境温度或元件工作温度转换为电量，并由温控电路调节为相应的电功率信号，通过加热元件转变为热能，使仪器仪表温度控制在预定值上。而最常用的测量温度的是热电偶和热电阻，并且热电阻又分为金属热电阻和半导体热敏电阻。考虑到工程实际，我们选用的是半导体热敏电阻，因为它的温度系数大，灵敏度高，热容量小，响应速度快，而且分辨率很高可达℃。

由于陀螺液体内的热敏电阻的阻值与其温度值之间的关系未知，我们就通过改变陀螺内的液体温度来测得相应温度下的热敏电阻的阻值，并制定了一张热敏电阻的阻值—温度表格和其相应的曲线图，以备实验需要。如表4.1、图4.4所示。

因为本控制器的设计不是建立在被控对象的精确数学模型基础上的，并且实际上，在许多情况下被控对象的精确数学模型也很难建立。所以本控制器没有采用常规控制，而是采用了模糊控制，从而使设计变得简单易行。

整个设计中我们采用了C8051F017单片机，因为它带有A/D、D/A转换功能，使电路变得更为简洁。作为工程应用时一般要求人机对话功能。本设计在设计之初曾考虑过加入人机对话功能，但是由于硬件及时间的关系而未能实现。如果再加入人机对话功能，相信本设计会更加完善。

在软硬件设计完成的基础之上，我们进行了软件的调试和实现。在实验室里，我们对某型号的陀螺采用模糊控制方法进行了温度控制实验，观察了系统升温过程以及达到陀螺内部温度恒定后的温度保持情况（注：该实验中陀螺置于室内环境温度下）。这里我们是通过高精度热敏电阻阻值的变化来观察陀螺内部温度的变化；通过观察电流计指针的变化来模拟PWM脉冲的控制加热的过程。从观察的结果可知，确实实现了上面的目的：①高精度热敏电阻显示器指示的阻值从开始加热起一直在减小；②电流计在零附近左右摆动，并随时间的增加电流计右偏的时间比左偏的时间变得越来越短。但是从开始加热到陀螺内部温度恒定所历经的时间大约是810分钟，表明设计的控制器还不够完善，有待于进一步改善和优化。