1、浙江师范大学本科毕业设计(论文)文献综述学院 专业学生姓名 学号指导教师 职称合作导师 职称论文题目文献综述：随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们不断追求生产生活自动化。从 17 世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。后来德国物理学家赛贝发明了热电偶传感器在此后 50 年另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下 20 世纪相继开发了半导体热电偶传感器，PN 结温度传感器和集成温度传感器，随着各种温度传感器的发明温度自动控制技术也在发展。近年来，温度控制的发展尤为迅速。温度的检测在理论上发展比较成熟，但是在实际测量和控制中如何保证快速实时地对
2、温度进行采样，确保数据的传输，并能对所测温度场进行较精确的控制仍然是目前需要解决的问题。温控制技术按照控制目标的不同分为两类：动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标，如在发酵过程控制，化工生产中的化学反应温度控制冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上且要求其波动幅度不能超过某个允许值。从工业控制器的发展过程来看温度控制技术大致可分为：定值开关温法、PID线性控温法、智能温度控制法。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的
3、控制技术得到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于 PLC 的温度控制系统，基于工控机的温度控制系统，集散型温度控制系统，现场总线控制系统等。单片机的发展历史虽不长，但它凭借体积小、成本低、功能强大和可靠性高等特点在许多领域得到了广泛的应用。基于单片机的温度控制系统运行稳定，工作精度高，但相对其他温度系统单片机响应速度慢、中断源少不利于在复杂的高要求的系统中使用。PLC 是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储指令，PLC 可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、易于被工程人员掌握和使用，在工业领域上被广泛应用，且具有成本上的优势因而占有着很大的市场份额，前景
4、也很有前途。工空机即工业用个人计数机，它的性能可靠、软件丰富、价格低廉，应用日趋广泛。能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘、防电磁辐射。但是如果单独采用工控机作为控制系统，又有易干扰和可靠性的缺点。智能温度控制器正向着精度高、功能多、总线标准化、可靠性高、安全性高、开发虚拟温度控制器和网络温度控制器等高科技的方向迅速发展。最早推出的智能温度控制器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 2C。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是 912 位 A/D 转换器，分辨力一般可达 0.50.0625C。为了提高多通道智能温控器的转换速
5、率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。新型智能温度控制器的测试功能也在不断增强。例如，采用 DS1629 型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC ），使其功能更加完善。DS1624 还增加了存储功能，利用芯片内部 256 字节的E2PROM 存储器，可存储用户的短信息。此外智能温度控制器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。温度控制器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度控制器而言，主机( 外部微处理器或单片机 )还可通过相应的寄存器来设定其
6、 A/D 转换速率，分辨力及最大转换时间。目前，智能温度控制器的温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C 总线、 SMBus 总线和 spI 总线。采用的温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。在温度控制器可靠性和安全性上也不断的改进传统的 A/D 转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度控制器普遍采用了高性能的 式 A转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。 式 A D 转换器
7、不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低；由于采用了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度控制器兼有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。为了避免在温度控制器系统受到噪声干扰时产生误动作，在AD7416/7417/7817、LM7576、MAX66256626 等智能温度传感器的内部，都设置了一个可编程的“故障排队(fAultqueue)”计数器，专用于设定允许被测温度值超过上、下限的次数。仅当被测温度连续超过上限或低于下限的次数达到或超过所设定的次数 n(n=14)时，才能触发中断端。若故障次数不满足上述条件或故障不是连续发生
8、的，故障计数器就复位而不会触发中断端。这意味着假定 n=3 时，那么偶然受到一次或两次噪声干扰，都不会影响温控系统的正常工作。ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先进配置与电源接口”)规范的温控系统。这种系统具有完善的过热保护功能，可用来监控笔记本电脑和服务器中 CPU 及主电路的温度。微处理器最高可承受的工作温度规定为 tH，台式计算机一般为 75C，高档笔记本电脑的专用 CPU 可达 100C。一旦 CPU 或主电路的温度超出所设定的上、下限时， INT 端立即使主机产生中断，再通过电源控制器发出信号，迅速将主电源关断起到保护
9、作用。此外，当温度超过 CPU 的极限温度时，严重超也能直接关断主电源，并且该端还可通过独立的硬件关断电路来切断主电源，以防主电源控制失灵。上述三重安全性保护措施已成为国际上设计温控系统的新观念。为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片。一些智能温度控制器还增加了 ESD 保护电路，一般可承受 10004000V 的静电放电电压。通常是将人体等效于由 100PF 电容和 1.2K 欧姆电阻串联而成的电路模型，当人体放电时，TCN75 型智能温度传感器的串行接口端、中断比较器信号输出端和地址输入端均可承受 1000V 的静电放电电压。虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台、并通过软件开发
10、而成的。利用软件可完成温度控制器的标定及校准，以实现最佳性能指标。美国公司已开发出一种基于软件设置的 TEDS 型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。网络温度控制器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能温度控制器。它通过数字传感器首先将被测温度转换成数字量，再送给微控制器作数据处理。最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执
11、行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行标定和校准，可做到“即插即用(Plug&PlAy)”，这样就极大地方便了用户。国内外市场上已经出现了多种多样温度控制仪表，应用于社会的各个方面。例如，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字 PID 和各种复杂控制规律的智能式温度调节器等。|脉冲宽度调制（PWM） ，是英文 “Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。采样控制理论中有一个重要结论: 冲量相等而形状不同的窄脉
12、冲加在具有惯性的环节上时, 其效果基本相同。以该结论为理论基础, 可以利用计数器和触发器设计 PWM 信号产生电路, 使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的两路脉冲, 用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则改变计数器的数值, 就可以调整脉冲的宽度, 从而实现逆变电源输出功率和频率的调整。在控制大功率电路时，PWM 信号发生电路产生的两路脉冲要求有一定的死区时间 tp，即为了保证大功率器件短路。随着电力电子器件开关性能的不断提高，脉宽调制（PWM）技术得到了飞速的发展。在国外，PWM 源于上世纪九十年代，其思想源于通信技术，但随着现代电子技术的发展使得 PWM 理论越来越成熟，
13、其发展的速度越来越快速。已经取代传统的可控硅电机调速系统。由原先的“电机控制” “电气传动”已发展到“运动控制”的新阶段。IGBT、电力 MOSFET 等为代表的全控型器件的不断完善给 PWM 控制技术提供了强大的物质基础。在国内 PWM 有理论基础逐渐成熟，但在应用上，国内外差距也很大。PWM 调速系统的应用是近年来才开始的，原因是我国的电子工业的基础比较差。PWM 调速系统中所需的关键部件 IGOT 管靠进口。近年来，我国已开发出具有自主知识产权的IGOT 大电流晶体管，从而为该技术推行奠定了物质基础。PWM 电机调速方案是未来电机拖动系统的首选方案，是实现电机拖动数字控制的基础。传统的模
14、拟和数字电路 PWM 已被大规模集成电路所取代，这就使得数字调制技术成为可能。目前，在该领域中大部分应用的是数字脉宽调制器与微处理器集为一体的专用控制芯片，如 TMS320C24X 系列芯片。然而，在控制精度要求较高的场合，由于其 PWM 数据宽度小，导致精度无法满足要求，同时占用微处理器的内部资源，增加了软件开销，因此，应用片外数字 PWM 电路成为一种理想的选择。在快速、高精度的要求下，必须采用较高的标准频率信号；而单片机受本身时钟频率和若干指令运算的限制，速度较慢，无法满足高速、高精度的要求。在这种背景下，针对可编程逻辑器件具有设计灵活、集成度高、速度快的特点，借助 EDA 软件，用硬件
15、描述语言设计 CPLD 器件来实现高精度 PWM 输出。本设计是一个综合硬件设计，通过将各部分电路联合起来形成一个温度控制系统。这个控制系统要实现温度控制范围在 0100；控制精度为1左右的设计要求。本设计可以实现将模拟温度信号转换成数字温度信号并通过 LED 显示电路以十进制形式显示出来。如果将 LED 显示电路的开关打向设置电路还将显示设定的恒温值，温度设置电路中的滑动电阻器用来改变设定值，通过改变电阻值使恒温值增加或减小。恒温值在 0100范围内可以调整。当检测到的实际温度值小于设定值 1时加热电阻开始加热，当检测到的实际温度值大于设定温度 1时加热电阻停止工作，制冷采用自然冷却。本次设计的是一个基于运算放大电路的高精度温度控制器，因而运算放大器的选择很关键，如何选择运算放大器是一个很大的难题。要保证检测的精度高，除了放大环节的高精度外温度传感器的选择也很重要，在选择传感器时要选精度高、响应速度快的传感器，消除非线性误差。一个温度控制器驱动部分的加热通常是交流负载，如何使控制输出的弱电信号不受驱动的强电影响而产生误触发。一个温度控制电路它包括检测、放大部分、控制电路、显示电路，要设计出一个好的温度控制电路首先要知道什么是检测什么是检测.检测到的信号如何放大又是如何控制控制电路工作，显示电路怎么显示温度值。
