溫度控制器 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告題 目 溫度測(cè)量與控制器設(shè)計(jì)學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)電氣化及其自動(dòng)化年 級(jí) 2008級(jí)學(xué) 號(hào) 姓 名 王陽(yáng)指導(dǎo)教師 李?yuàn)^榮職 稱(chēng) 教授內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處二012 年 3 月 8 日說(shuō) 明一、開(kāi)題報(bào)告前的準(zhǔn)備畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目確定后，學(xué)生應(yīng)盡快征求導(dǎo)師意見(jiàn)，討論題意與整個(gè)畢業(yè)論文（或設(shè)計(jì)）的工作計(jì)劃，然后根據(jù)課題要求查閱、收集有關(guān)資料并編寫(xiě)研究提綱，主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：1、研究（或設(shè)計(jì)）的目的與意義。應(yīng)說(shuō)明此項(xiàng)研究（或設(shè)計(jì)）在生產(chǎn)實(shí)踐上或?qū)δ承┘夹g(shù)進(jìn)行改革帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會(huì)效益。有的課題過(guò)去曾進(jìn)行過(guò)，但缺乏研究，現(xiàn)在可以在理論上做些

2、探討，說(shuō)明其對(duì)科學(xué)發(fā)展的意義。2、國(guó)內(nèi)外同類(lèi)研究（或同類(lèi)設(shè)計(jì)）的概況綜述。在廣泛查閱有關(guān)文獻(xiàn)后，對(duì)該類(lèi)課題研究（或設(shè)計(jì)）已取得的成就與尚存在的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述，只對(duì)本人所承擔(dān)的課題或設(shè)計(jì)部分的已有成果與存在問(wèn)題有條理地進(jìn)行闡述，并提出自己對(duì)一些問(wèn)題的看法。3、課題研究（或設(shè)計(jì)）的內(nèi)容。要具體寫(xiě)出將在哪些方面開(kāi)展研究，要重點(diǎn)突出。研究的主要內(nèi)容應(yīng)是物所能及、力所能及、能按時(shí)完成的，并要考慮與其它同學(xué)的互助、合作。4、研究（或設(shè)計(jì)）方法?？茖W(xué)的研究方法或切合實(shí)際的具有新意的設(shè)計(jì)方法，是獲得高質(zhì)量研究成果或高水平設(shè)計(jì)成就的關(guān)鍵。因此，在開(kāi)始實(shí)踐前，學(xué)生必須熟悉研究（或設(shè)計(jì)）方法，以避免蠻干造成返工，

3、或得不到成果，甚至于寫(xiě)不出畢業(yè)論文或完不成設(shè)計(jì)任務(wù)。5、實(shí)施計(jì)劃。要在研究提綱中按研究（或設(shè)計(jì)）內(nèi)容落實(shí)具體時(shí)間與地點(diǎn)，有計(jì)劃地進(jìn)行工作。二、開(kāi)題報(bào)告1、開(kāi)題報(bào)告可在導(dǎo)師所在院、教研室范圍內(nèi)舉行，須適當(dāng)請(qǐng)有關(guān)專(zhuān)家參加，導(dǎo)師必須參加。報(bào)告最遲在畢業(yè)（生產(chǎn)）實(shí)習(xí)前完成。2、本表（頁(yè)面：A4）在開(kāi)題報(bào)告通過(guò)論證后填寫(xiě)，一式三份，本人、導(dǎo)師、所在院部（要原件）各一份。三、注意事項(xiàng)1、開(kāi)題報(bào)告的撰寫(xiě)完成，意味著畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作已經(jīng)開(kāi)始，學(xué)生已對(duì)整個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作有了周密的思考，是完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在開(kāi)題報(bào)告的編寫(xiě)中指導(dǎo)教師只可提示，不可包辦代替。2、無(wú)開(kāi)題報(bào)告者不準(zhǔn)申請(qǐng)答辯。3、

4、本表（原件）用鋼筆填寫(xiě)，字跡務(wù)必清楚。一、選題依據(jù)（擬開(kāi)展研究項(xiàng)目的研究目的、意義） 全球工業(yè)電子溫度控制器市場(chǎng)近年來(lái)增長(zhǎng)緩慢，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入分布式控制系統(tǒng)（DCS），個(gè)人電腦（PC）和可編程邏輯控制器(PLC)。隨著我國(guó)電子溫度控制其市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。目前，智能電子式溫度控制器必將在短期內(nèi)全面取代機(jī)械式溫度控制器。并且，智能溫度控制器還將在精度、功能、可靠性及安全性等方向迅速發(fā)展。對(duì)智能溫度控制器進(jìn)行研究設(shè)計(jì)

5、是相當(dāng)有益的。二、文獻(xiàn)綜述內(nèi)容（在充分收集研究主題相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出問(wèn)題，找到研究主題的切入點(diǎn)，附主要參考文獻(xiàn)） 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制（即溫度控制器技術(shù)）、信息傳輸（通信技術(shù)）和信息處理（計(jì)算機(jī)技術(shù)）。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。 溫度控制器是基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)的溫度控制裝置。其主要功能是，根據(jù)用戶設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值來(lái)控制加熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而改變溫度至用戶所需。 近些年來(lái)，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入分布式控制系統(tǒng)(DCS),個(gè)人電腦(PC)和可編程邏輯控制器(PLC

6、),全球工業(yè)電子溫度控制器市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢。隨著我國(guó)電子溫度控制器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用于研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。 目前主要由模擬、集成機(jī)械式溫度控制器和智能電子式溫度控制器兩大系列。且國(guó)際上新型溫度控制器正從模擬式向數(shù)字式、電子式；從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在當(dāng)今電子信息時(shí)代，電子自動(dòng)化、信息采集控制在任何行業(yè)都是不可逆轉(zhuǎn)的潮流，智能電子式溫度控制器全面取代機(jī)械式溫度控制器將在未來(lái)很短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。 溫度控制器發(fā)展初期是機(jī)械式溫度控制器，這

7、類(lèi)溫度控制器采用雙金屬片或充氣膜盒感測(cè)室內(nèi)溫度，使用波段開(kāi)關(guān)直接調(diào)整風(fēng)速。雙金屬片溫度控制器現(xiàn)基本淘汰，只使用在一些要求不高較低檔場(chǎng)合；充氣膜盒溫度控制器當(dāng)前較流行，但總體來(lái)講機(jī)械式溫度控制器缺點(diǎn)十分明顯；1.機(jī)械式溫度控制器外觀陳舊呆板；2.機(jī)械式溫度控制器溫度精度差；3.容易打火（直接切換強(qiáng)電）；4.極易在一個(gè)極小溫差范圍內(nèi)頻繁開(kāi)關(guān)水閥（風(fēng)閥）；5.功能比較單一。鑒于這些，智能電子式溫度控制器全面取代機(jī)械式溫度控制器將是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。 溫度控制器可分為三大部分；溫度檢測(cè)部分、溫度控制部分和顯示部分。1. 溫度檢測(cè)部分：溫度檢測(cè)是溫控系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，它直接影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量、控制精度。例

8、如熱電偶溫度傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，它是將溫度控制器信號(hào)轉(zhuǎn)化為電動(dòng)勢(shì)。目前熱電偶溫度控制器已經(jīng)形成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，主要優(yōu)點(diǎn)是；它屬于自發(fā)型電型傳感器，測(cè)量溫度時(shí)間可以不需要外加電源；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制；測(cè)量溫度范圍廣，高溫?zé)犭娕紲y(cè)溫高達(dá)1800以上，低溫?zé)犭娕伎蓽y(cè)-260+960以下，目前主要用在高溫測(cè)量工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中。熱電阻溫度傳感器是利用電阻值隨溫度升高而增大這一特性來(lái)測(cè)量溫度的，目前應(yīng)用較為廣泛的熱材料是銅和鉑。在銅電阻和鉑電阻中，鉑電阻性能最好，非常適合測(cè)量200+960范圍內(nèi)的溫度。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用鉑電阻常用的分度號(hào)

9、有Pt25、Pt100等，Pt100即表示該電阻的阻值在0時(shí)為100。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，各類(lèi)型的集成溫度控制器應(yīng)用越來(lái)越多。集成溫度控制器的工作原理是利用PN結(jié)的溫度特性制成的，同熱電偶、熱電阻等傳統(tǒng)的溫度控制器相比，集成溫度控制器的主要特點(diǎn)有：靈敏度高；線性度好，一般不需要線性補(bǔ)償；測(cè)量重復(fù)性好；響應(yīng)速度快。但不足之處是測(cè)量溫度窄，通常為55+150。根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的要求，可選用集成溫度控制器。由于溫度傳感器的直接輸出信號(hào)一般都非常微弱，為了更好的測(cè)量和顯示，需要放大器、濾波器等電路對(duì)信號(hào)進(jìn)一步處理。對(duì)放大器的要求是精度高，輸入失調(diào)電壓和輸出失調(diào)電流要小，同時(shí)要求抑制共模干擾

10、信號(hào)的能力要強(qiáng)。2. 溫度控制部分；實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制的方法很多，有采用模擬電路實(shí)現(xiàn)的、也有采用計(jì)算機(jī)構(gòu)成的智能控制。模擬控制溫度的方法主要有開(kāi)關(guān)式控制法、比例式控制法和連續(xù)式控制法。開(kāi)關(guān)式控制是將檢測(cè)的溫度信號(hào)和設(shè)定的溫度值差進(jìn)行比較后，驅(qū)動(dòng)一開(kāi)關(guān)器件（一般是繼電器）控制加熱的通斷。如當(dāng)測(cè)量的溫度低于設(shè)定的溫度值時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路使繼電器接通加熱器的電源，使溫度上升；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路使繼電器斷開(kāi)加熱器的電源，停止對(duì)加熱器的加熱，溫度將下降。這樣繼電器的反復(fù)動(dòng)作，將溫度控制在設(shè)定值附近。 開(kāi)關(guān)式溫度控制方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是控制精度較低，并且在設(shè)定溫度附近頻繁啟動(dòng)熱繼電器，影響繼電

11、器的使用壽命。比例式控制是選擇一個(gè)固定的時(shí)間T作為控制周期，選擇控制周期的長(zhǎng)短一般根據(jù)加熱的熱容量選取，熱容量大的可以選擇控制周期長(zhǎng)一些，一般選擇T=1015秒。當(dāng)溫度低于設(shè)定的溫度較多時(shí)，在一個(gè)控制周期T內(nèi)接通加熱器的時(shí)間就比較長(zhǎng)（假設(shè)為T(mén)），隨著溫度升高，加熱時(shí)間t逐漸減少；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時(shí)，加熱時(shí)間t等于零，溫度逐漸下降，最后使溫度接近穩(wěn)定。該方法控制溫度精度將大大提高。連續(xù)控制是根據(jù)測(cè)量溫度的大小自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)加熱器的電流大小，當(dāng)溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，可自動(dòng)控制減小加熱器的電流，反之則增大電流，可使溫度自動(dòng)的保持在設(shè)定的溫度上，該方法控制穩(wěn)定的精度最高，電路也比較復(fù)雜，同時(shí)要求一個(gè)

12、可控的功率器件實(shí)踐對(duì)加熱器電流大小的控制。3顯示部分：該部分主要是使用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。最后再通過(guò)數(shù)碼管等顯示出來(lái)。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法很多，常用的有雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器等。 進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度控制器正朝著高精度、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性以及網(wǎng)絡(luò)化虛擬化方向迅速發(fā)展；1. 提高溫度控制器測(cè)溫精度和分辨力；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，控制混合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)

13、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。也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。2. 增加溫度控制器測(cè)試功能：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(kāi)發(fā)多路溫度控制系統(tǒng)創(chuàng)造的良好條件。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)式轉(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)于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：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，所采用的溫度傳

14、感器作為從機(jī)可通過(guò)專(zhuān)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設(shè)計(jì)：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，抑制混合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。-式A/D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，因此比較器的失調(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)。為了避免在溫度控制

15、器系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作，在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等智能溫度傳感器內(nèi)部，都設(shè)置了一個(gè)可編程的“故障排隊(duì)(fAultqueue)”計(jì)數(shù)器，專(zhuān)用于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上、下線的次數(shù)。僅當(dāng)被測(cè)溫度連續(xù)超過(guò)上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的次數(shù)n(n=14)時(shí)，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味著假定n=3時(shí)，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾，都不會(huì)影響溫控系統(tǒng)的正常工作。ACPI(advAnced ConfigurAtion And Power InterfAce,即“先

16、進(jìn)配置與電源接口”規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過(guò)熱保護(hù)功能，可用來(lái)監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器中CPU及主電路的溫度。一旦溫度超出設(shè)定的上、下限時(shí)，TNT端立即使主機(jī)產(chǎn)生中斷，再通過(guò)電源控制器發(fā)出信號(hào)，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過(guò)極限溫度時(shí)，嚴(yán)重超也能直接關(guān)掉主電源，并且該端還可通過(guò)獨(dú)立的硬件關(guān)斷電路來(lái)切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護(hù)措施已成為國(guó)際上設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)的新概念。5. 虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)控制器：（1）虛擬溫度控制器，虛擬溫度控制器是基于溫度控制器硬件和計(jì)算機(jī)平臺(tái)、并通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)而成的。利用軟件可完成溫度控制器的標(biāo)定及標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能指標(biāo)。最近，

17、美國(guó)B&K公司已開(kāi)發(fā)出一種基于軟件設(shè)置的TEDS型虛擬傳感器，其主要特點(diǎn)是每只傳感器都有唯一的產(chǎn)品序號(hào)并且附帶一張軟盤(pán)，軟盤(pán)上儲(chǔ)存著對(duì)該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。使用時(shí)，傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集器接至計(jì)算機(jī)，首先從計(jì)算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號(hào)，再?gòu)能洷P(pán)上讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后自動(dòng)完成對(duì)傳感器的檢查、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器的設(shè)置和記錄工作。（2）網(wǎng)絡(luò)溫度控制器，網(wǎng)絡(luò)溫度控制器是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能溫度控制器。它通過(guò)數(shù)字傳感器首先將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給微控制器做數(shù)據(jù)處理。最后將測(cè)量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源

18、共享，在更換傳感器時(shí)無(wú)需進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即插即用(plug&play)”，這樣就極大方便了用戶。 參考文獻(xiàn)1. 王志剛.現(xiàn)代電子線路 M.第四版.北京：清華大學(xué)出版社，2008;2. 高西全，丁玉玉.數(shù)字信號(hào)處理M.第三版.西安電子科技大學(xué)出版社，2008;3. Joyec Van de Vvegte. Fundametals of Digital Signal Processing M.北京；電子工業(yè)出版社，2003；4. 王宏，MATLAB6.5及其再信號(hào)處理中的應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2004；5. Proakis J G, Manolakis D G. 數(shù)字信號(hào)處理：原理、算法與應(yīng)用 G.北京：電子工業(yè)出版社，2004；6. 高西全，丁玉美. 數(shù)字信號(hào)處理原理、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用 M.北京：電子工業(yè)出版社，2006；7. 張仕兵. 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M.北京:高等教育出版社，2007.7；8. 王建坤. MAX+PlusIT入門(mén)與提高 M.北京：清華大學(xué)出版社，2004；9. 王偉. Veri Log HDL程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M.北京：人