湖北工業(yè)大學(xué) 江記君

多功能溫度測(cè)控系統(tǒng)的研究

湖北工業(yè)大學(xué) 江記君

如何提高溫度控制儀的控制效果，提高換熱效率，對(duì)于緩解我國(guó)能源緊張的狀況，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。本文研究的內(nèi)容包括多功能溫度控制系統(tǒng)的工作原理及一些典型的溫度控制器的結(jié)構(gòu)。并設(shè)計(jì)了“基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)”。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)中控制算法及輸出驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的組成包括：溫度檢測(cè)與處理系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)電路、鍵盤和顯示電路，控制算法主要是對(duì)PID控制與模糊PID控制進(jìn)行了一定的研究。

多功能溫度；控制系統(tǒng)

目前，多功能溫度控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于家電控制、通訊、工業(yè)控制、智能儀器儀表、金融電子等許多領(lǐng)域。我們著重對(duì)多功能溫度控制器來(lái)做為研究對(duì)象，溫度控制儀普遍存在控制效果差、換熱效率低的現(xiàn)象，造成能源的浪費(fèi)。這些電阻各有其優(yōu)缺點(diǎn)。家用空調(diào)的傳感器大都是以熱敏電阻式。熱敏電阻式溫控器是根據(jù)惠斯登電橋原理制成的，通過(guò)惠斯登電橋。在BD兩端接上電源E，根據(jù)基爾霍夫定律，當(dāng)電橋的電阻R1×R4=R2×R3時(shí)，A與C兩點(diǎn)的電位相等，輸出端A與C之間沒(méi)有電流流過(guò)，熱敏電阻的阻抗R1的大小隨周圍溫度的上升或下降而改變，使平衡受到破壞，AC之間有輸出電流。因此，在構(gòu)成溫控器時(shí)，可以很容易地通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)臒崦綦娮鑱?lái)改變溫度調(diào)節(jié)范圍和工作溫度。

進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器等高科技的方向迅速發(fā)展。

1 溫度控制器的控制精度不斷提高

在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度控制器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到2°C。目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5～0.0625°C。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。

2 溫度控制器測(cè)試功能不斷增強(qiáng)

新型智能溫度控制器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，采用DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能溫度控制器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。溫度傳感器及有關(guān)電路將溫度轉(zhuǎn)化為電脈沖的脈寬，單片機(jī)將測(cè)得的脈沖寬度的值轉(zhuǎn)化為與之對(duì)應(yīng)的溫度值。與設(shè)定的溫度相比較后，以溫度偏差及其變化量為輸入、加熱量為輸出，通過(guò)模糊控制算法，就可達(dá)到水溫自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。對(duì)任意溫度對(duì)應(yīng)的脈寬還可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

智能溫度控制器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。對(duì)某些智能溫度控制器而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過(guò)相應(yīng)的寄存器來(lái)設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間。

3 溫度控制器總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化

目前，智能溫度控制器的溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SM Bus總線和SPI總線。采用的溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。

4 溫度控制器可靠性及安全性

傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫度控制器普遍采用了高性能的式A／D轉(zhuǎn)換器，它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再利用過(guò)采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來(lái)提高有效分辨力。轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)外圍元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此轉(zhuǎn)換器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種智能溫度控制器兼有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

[1]王曉明,曾紅.單片機(jī)教程.第一版.沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2001,12.

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2017-09-10）