基于单片机的温度控制器设计与研究

论文摘要

GaN系列材料在光电、能量装置等方面有着广阔的应用范围和市场前景。采用MOCVD技术进行GaN系列材料生长具有明显优势。研发具有自主知识产权的MOCVD系统具有十分重要的战略意义。而温度是MOCVD系统中的极为关键的控制量。本文的工作就是设计一个能很好满足要求的温度控制器,主要工作包括了三方面。首先,设计了温度控制器的硬件,总体设计以简单和经济为基本出发点,尽量选用低价的高性能芯片以节省设计成本;并选择串行工作方式,最大程度的节约单片机I/O口。其次,设计了温控器的软件,主要包括A/D采集模块子程序,D/A控制模块子程序、各种接口子程序,并完成了整个软、硬件系统的调试。最后,本文采用了Fuzzy-PID控制算法,该算法既具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度,又具有Fuzzy控制器动态响应好,达到了上升时间快,超调小的要求,取得了较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 MOCVD概况
• 1.2 MOCVD的基本原理
• 1.3 MOCVD系统的温度控制
• 1.4 主要工作和论文安排
• 1.4.1 论文主要工作简述
• 1.4.2 论文内容安排
• 第二章 MOCVD温度控制系统结构
• 2.1 MOCVD温度控制系统的硬件组成
• 2.1.1 MOCVD温度控制系统结构
• 2.1.2 温度控制系统各组成部分及特点
• 2.2 MOCVD系统温度控制的特点
• 2.2.1 温度控制系统通用特点
• 2.2.2 MOCVD系统温度控制的特点
• 2.3 MOCVD温度控制系统控制流程
• 2.3.1 感应加热原理
• 2.3.2 RF感应加热器的温度调节
• 2.3.3 温度控制模式
• 2.4 本章小结
• 第三章 温度控制系统的硬件设计
• 3.1 STC89C516RD+芯片及其时钟与复位电路
• 3.1.1 STC89 系列芯片介绍
• 3.1.2 设计选型说明
• 3.1.3 时钟电路设计
• 3.1.4 复位电路设计
• 3.2 温度信号采集及放大电路
• 3.2.1 热电偶测温
• 3.2.2 冷端补偿
• 3.2.3 热电偶测温与冷端补偿线路
• 3.2.4 温度信号放大电路
• 3.3 A/D转换电路
• 3.3.1 双积分ADC工作原理
• 3.3.2 A/D转换器ICL7135 的技术指标
• 3.3.3 A/D转换芯片ICL7125 的电路设计
• 3.4 D/A转换接口电路
• 3.4.1 D/A转换器的基本原理
• 3.4.2 D/A转换器DAC7611 的技术指标
• 3.4.3 D/A转换芯片DAC7611 的电路设计
• 3.5 温度控制器与上位机通信电路
• 3.6 LED显示与键盘接口电路
• 3.6.1 LED数码管显示电路
• 3.6.2 键盘接口电路
• 3.7 本章小结
• 第四章 温度控制器的软件与算法实现
• 4.1 温度控制器系统软件的设计
• 4.1.1 温度控制器的主程序设计
• 4.1.2 A/D转换模块
• 4.1.3 D/A转换模块
• 4.1.4 LED显示模块
• 4.1.5 键盘控制模块
• 4.2 温度控制系统的控制算法的选择
• 4.2.1 PID算法基础知识
• 4.2.2 Fuzzy（模糊）控制算法简介
• 4.2.3 模糊控制的原理
• 4.3 Fuzzy-PID复合控制算法
• 4.3.1 Fuzzy-PID复合算法
• 4.3.2 Fuzzy-PID算法运用
• 4.4 MOCVD温度控制系统设计与仿真
• 4.4.1 仿真系统设计
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统可靠性研究
• 5.1 电路可靠性分析
• 5.1.1 电源输入保护电路
• 5.1.2 信号输入可靠性设计
• 5.2 系统电路板可靠性分析
• 5.2.1 电磁兼容性设计
• 5.2.2 电路板抗干扰措施
• 5.2.3 电路板热设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果