多功能溫度測控系統的研究

湖北工業大學 江記君

多功能溫度測控系統的研究

湖北工業大學 江記君

如何提高溫度控制儀的控制效果，提高換熱效率，對于緩解我國能源緊張的狀況，具有長遠的意義。本文研究的內容包括多功能溫度控制系統的工作原理及一些典型的溫度控制器的結構。并設計了“基于單片機的溫度控制系統”。設計的主要內容是溫度檢測與控制系統中控制算法及輸出驅動電路的實現。系統的組成包括：溫度檢測與處理系統、A/D轉換電路、單片機系統電路、鍵盤和顯示電路，控制算法主要是對PID控制與模糊PID控制進行了一定的研究。

多功能溫度；控制系統

目前，多功能溫度控制系統已廣泛應用于家電控制、通訊、工業控制、智能儀器儀表、金融電子等許多領域。我們著重對多功能溫度控制器來做為研究對象，溫度控制儀普遍存在控制效果差、換熱效率低的現象，造成能源的浪費。這些電阻各有其優缺點。家用空調的傳感器大都是以熱敏電阻式。熱敏電阻式溫控器是根據惠斯登電橋原理制成的，通過惠斯登電橋。在BD兩端接上電源E，根據基爾霍夫定律，當電橋的電阻R1×R4=R2×R3時，A與C兩點的電位相等，輸出端A與C之間沒有電流流過，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，在構成溫控器時，可以很容易地通過選擇適當的熱敏電阻來改變溫度調節范圍和工作溫度。

進入21世紀后，智能溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬溫度控制器和網絡溫度控制器等高科技的方向迅速發展。

1 溫度控制器的控制精度不斷提高

在20世紀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轉換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到2°C。目前，國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轉換器，分辨力一般可達0.5～0.0625°C。為了提高多通道智能溫控器的轉換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉換器。

2 溫度控制器測試功能不斷增強

新型智能溫度控制器的測試功能也在不斷增強。例如，采用DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內部256字節的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度控制器正從單通道向多通道的方向發展，這就為研制和開發多路溫度測控系統創造了良好條件。溫度傳感器及有關電路將溫度轉化為電脈沖的脈寬，單片機將測得的脈沖寬度的值轉化為與之對應的溫度值。與設定的溫度相比較后，以溫度偏差及其變化量為輸入、加熱量為輸出，通過模糊控制算法，就可達到水溫自動調節的目的。對任意溫度對應的脈寬還可進行自動測量。

智能溫度控制器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉換模式、連續轉換模式、待機模式，有的還增加了低溫極限擴展模式，操作非常簡便。對某些智能溫度控制器而言，主機(外部微處理器或單片機)還可通過相應的寄存器來設定其A/D轉換速率，分辨力及最大轉換時間。

3 溫度控制器總線技術的標準化與規范化

目前，智能溫度控制器的溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規范化，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可通過專用總線接口與主機進行通信。

4 溫度控制器可靠性及安全性

傳統的A/D轉換器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術，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轉換成數字信號，再利用過采樣、噪聲整形和數字濾波技術，來提高有效分辨力。轉換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低；由于采用了數字反饋方式，因此轉換器的失調電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精度。這種智能溫度控制器兼有抑制串模干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優點。

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2017-09-10）