摘 要

目前，温度控制系统的设计已经涉及我们生活的方方面面，多层贴膜卷绕装置也被用于各种工业的生产中，随着新技术和新材料的发展，人们都希望能够制造出更加优越的产品。而温度控制又是多层贴膜卷绕装置中一个重要的控制技术，因此，如何控制好多层贴膜卷绕装置中的温度是该系统的重点也是难点之一。本次毕业论文设计以多层贴膜卷绕装置为背景,提出其主要控制目标位为加热装置的温度控制。在本次设计中，我采用了增量式PID算法来作为主要的控制算法，实现了对多层贴膜卷绕装置温度控制系统的研究设计，具体达到控制其温度显示到小数点后一位的精度、以及整个系统的响应速度等一系列的要求，并且保证了其合理可靠的运行。本文完成的具体设计如下：

（1）对多层贴膜卷绕装置的工艺流程进行了具体的学习研究，重点对多层贴膜卷绕装置的热压装置进行深入学习，理解在多层贴膜卷绕装置中温度控制对其工业设计带来的影响，另一方面深入了解各种温度控制器的设计，完成这些以后将温度控制器的研究结合在本课题的温度控制器中，设计一个适合于多层贴膜卷绕装置的温度控制系统。

（2）控制算法和策略。根据多层贴膜卷绕装置温度控制器的特点，考虑其对精度和相应速度的要求，提出PID控制算法，并利用PWM技术改变占空比的方式来控制温度的变化的控制策略。然后在仿真设计中利用示波器来观察占空比的变化过程。

（3）多层贴膜卷绕装置温度控制系统的研究和设计。在硬件电路设计方面，采用AT89C52单片机作为核心控制芯片，同时设计了信号采集电路、数据显示电路、示波器显示电路、按键控制电路等，能够实现温度的实时监测与控制。在软件设计上，运用C语言来编写程序，在KEIL软件的环境下进行编程，使用proteus软件进行仿真，完成了系统初始化、温度采集及显示、控制算法等。

本文在查阅资料的基础上，对多层贴膜卷绕装置温度控制器系统进行了设计仿真，本着硬软件设计简单、能够实现控制要求的基础上，验证了本文设计的多层贴膜卷绕装置温度控制系统的设计基本已经达到设计要求。

关键词 多层贴膜卷绕装置 温度控制 PID算法 PWM控制

目录

摘要 I

第1章 绪论 1

1.1研究背景与作用 1

1.2国内外的发展现状 2

1.2.1 加热锟简介 2

1.2.2 温度控制系统发展现状 3

第2章 多层贴膜卷绕装置温度控制器的总体方案设计 5

2.1多层贴膜卷绕装置的简单介绍 5

2.2设计方案介绍 5

第3章 多层贴膜卷绕装置温度控制器的硬件设计 7

3.1主控部分 7

3.2温度显示电路 8

3.3传感器部分 9

3.4示波器显示电路 10

3.5按键电路设计 11

第4章 多层贴膜卷绕装置温度控制器软件设计部分 12

4.1软件开发环境简单介绍 12

4.2多层贴膜卷绕装置温度控制装置的软件设计 12

4.2.1系统主程序设计 13

4.2.2温度数据采集程序设计 13

4.2.3显示程序设计 15

第5章 PID算法控制 16

5.1PID控制原理 16

5.1.1数字PID控制原理 17

5.2.2模糊PID控制算法 17

5.2增量式PID算法的设计 18

第6章 总结与反思 20

致谢 22

参考文献 23

附录 24

第1章 绪论

1.1研究背景与作用

在现代科技发展的大环境下，在现代各种各样的工业器械中都包含多环节、多功能化、高精度等的复杂控制系统。随着多功能复杂控制系统的发展，为人们提供了许多高性能的产品。多层贴膜卷绕装置可应用于半导体制造、真空镀膜、精密纤维卷绕等多个领域，对于现代化的发展有着重要的作用。在工业领域温度因素是一个相当常见的变量，所以在工业控制中它就占据着一方之地。因此在温度控制系统上进行研究和完善对于我们来说有着重要的意义。在多层贴膜卷绕装置中包含热压装置，所以温度对于多层贴膜卷绕装置来说是一个非常重要的变量，温度的控制效果将直接影响产品的质量，所以在多层贴膜加工的过程中需要实时监测并控制温度的变化，因此我们需要不断完善温度控制系统，更优化其工业生产。随着工业的不断发展，温度控制系统的研究已经有了很多的积累，对其的研究已经有非常多的案例，并且逐渐趋于成熟。然而，并不是所有的研究成果都会用于具体的案例，温度控制在实践方面依然还有许多不成熟的地方，所以针对具体的项目研制高精度的温度控制器依然是我们的研究目标。

多层膜加工过程中，温度是一个非常重要的变量，多层膜制备效果的影响因素之一就是对于温度的控制。在多层贴膜制作的工序中，下面以涂覆装备来举例说明，现在工艺对于多层膜电极的制作常规来说分为两种：直接制作法和间接制作法。直接把催化剂涂在质子膜上，然后再进行加工处理就是直接制作法，间接制作法就是将催化剂涂在碳纸上，然后将三层膜合在一起再经过热压锟加工处理。但这两种方法都需要热压装备的处理，需要先进的设备工艺支持才能制备更好的产品，所以我们需要在传统的工艺上进行改进，使之更急精准，更加稳定。综上所述，开展多层贴膜卷绕装置温度控制器的研究，是一个非常有意义的项目，一个完善简单的多层贴膜卷绕装置温度控制器装置必将推动多层贴膜卷绕装置行业的进步，也能给其他需要控制温度的系统带来一些启发。

1.2国内外的发展现状

1.2.1 加热锟简介

高频电磁加热技术是目前一项较为常用的技术，其加热的原理是：交流电可经过其内部整流作用变为直流电，直流电流经PWM电路后变成了具有高频率的电，在线圈的作用下高频率的电会作用产生高速变化的磁场，这时，当我们将要加热的金属放在磁场中运动就会产生涡流现象，在涡流作用下加热的金属会产生高分子无规则运动，分子间高速的相互运动就会高速发热，由于金属的热传导率高，所以就会快速加热，由于是电磁感应原理，金属与线圈并未直接接触，所以也不会发生过热问题。这种因为节能减排而且加热速度快所以被广泛使用，比如家用电磁炉。

在多层贴膜卷绕装置设备中，热压装置需要用到热压锟，而热压锟就属于高频电磁加热技术的一种运用。对于加热锟的设计与使用，国内已经发展的较为先进，目前使用的加热锟主要分为以下几类：

（1）空心锟：顾名思义，空心锟简单来说就是在加热锟的中间空心部分设有电磁加热装置，所谓电磁加热装置就是指多个电磁加热线圈构成的一个整体结构，这种加热锟需要控制温度均匀，所以我们通过控制加热圈的发热量就能实现这一设想。而最简单的方法就是在加热锟的内部均匀排布电磁加热圈，再根据加热锟的散热程度来决定电磁加热圈的的发热功率，从而就能保证加热锟的温度均匀变化。

（2）电磁感应加热锟：这种加热锟直接对薄片材料施压，使其温度升高，所以可以用于薄膜材料的热压。这种加热锟为整体双端支撑结构，其中有旋转装置和固定装置，旋转装置包含动锟、转轴，转抽输入动力矩，继而动锟旋转。固定装置包含定轴、套筒、导磁体和励磁线圈，在导磁体外端侧面和动锟内圈会形成气隙，导磁体、气隙以及动锟金属和变化的磁场形成回路，进而产生涡流，所以动锟的工作表面就会被均匀加热。这种方式的优势是回路只存在于加热锟的工作面金属体上，所以在没有加热的地方并不存在磁路穿越，所以不会有机件过热的问题，提高了感应加热器的加热频率，利于控制加热锟的轴向温度梯度。

（3）加热锟主要包括了转动轴锟：在转动锟筒的左右两端有堵头，内部接有饶线圈组的内管，饶线圈的导线穿过左右两个堵头连接电源。其工作原理是先把交流电转换成直流电，再设计控制电路把直流电转换成高频交流电，在内管上设有环形线圈组，高频交流电经过环形线圈组就会产生高频交变磁场，铁质的转动锟筒在此高频交变磁场的作用下会产生许多小涡流，在这样的情况下，转动锟筒就能够自动发热到温控系统所设定的温度。这种加热锟结构简单而且节能减排，几乎没有污染，所以在热复合设备中应用广泛。