畢業(yè)設(shè)計(jì)----溫度控制器開(kāi)題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告</p><p>　設(shè)計(jì)（論文）名稱(chēng)基于PLC的溫度控制</p><p>　設(shè)計(jì)（論文）類(lèi)型應(yīng)用研究指導(dǎo)教師</p><p>　學(xué)生姓名學(xué)號(hào)系、專(zhuān)業(yè)、班級(jí)</p><p>　一、選題依據(jù)：全球工業(yè)電子溫度控制器市場(chǎng)近些年來(lái)增長(zhǎng)緩慢，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（DCS），個(gè)人電腦（

2、PC）和可編程邏輯控制器（PLC）。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)用與研發(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，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)是相當(dāng)有益的。</

3、p><p>　二、設(shè)計(jì)（論文研究）思路及工作方法：首先，收集大量相關(guān)資料，參考多種溫度控制方案并確定出自己將要設(shè)計(jì)的方案；再對(duì)自己打算設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行仿真調(diào)試；當(dāng)仿真調(diào)試得到理想效果時(shí)，再將設(shè)計(jì)好的原理電路制成PCB板；隨后清點(diǎn)需要的元器件，并購(gòu)買(mǎi)；接著，按照自己設(shè)計(jì)的電路完成實(shí)物硬件并調(diào)試；最后，在成功完成硬件后，依照設(shè)計(jì)的全過(guò)程完成畢業(yè)論文。</p><p>　三、設(shè)計(jì)（論文研究）任務(wù)完成的

4、階段內(nèi)容及時(shí)間安排:1：收集資料，論證方案 （3月12日——3月24日 ）2：寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 （3月27日——4月14日）3：制作課件 （4月17日——5月5日 ）4：制作硬件并調(diào)試 （5月8日——5月26日）5：交定稿，答辯準(zhǔn)備 （5月28日——5月16日）</p><p>　指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日</p><p&g

5、t;　教研室畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作組審核意見(jiàn)難度分量綜合訓(xùn)練程度</p><p>　教研室主任： 年 月 日</p><p>　文 獻(xiàn) 綜 述</p><p>　題 目：溫度控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　系 別：自動(dòng)化與電子信息學(xué)院</p><p>　專(zhuān)業(yè)

6、班級(jí)：</p><p><b>　　文 獻(xiàn) 綜 述</b></p><p>　　——溫度控制器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　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

7、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。</p><p>　　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(hù)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(hù)所需。</p><p>　　近些年來(lái)，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（DCS），個(gè)人電腦（PC）和可編程邏輯控制器（PLC），全球工業(yè)電子溫度控

8、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)用與研發(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。</p><p>　　目前主要有模擬、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

9、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)。</p><p><b>　　正 文</b></p><p>　　溫度控制器發(fā)展初期是機(jī)械式溫度控制器，這類(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)基本已淘汰，只使用在一些要求不

10、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)械式溫度控制器控溫精度差；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。</p><p>　　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。<

11、/p><p>　　1.溫度檢測(cè)部分：溫度檢測(cè)是溫控系統(tǒng)的最關(guān)鍵部分，它只接影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量、控制精度。例如熱電偶溫度傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已得到了廣泛的應(yīng)用，它是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)勢(shì)。目前熱電偶溫度傳感器已形成系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，主要優(yōu)點(diǎn)是：它屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)量溫度時(shí)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?/p>

12、測(cè)-260℃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)有Pt25、Pt100等，Pt100即表示該電阻的阻值在0℃時(shí)為100Ω。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類(lèi)型的集成溫度傳感器應(yīng)用越來(lái)越多。集成溫度傳感器的工作

13、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)的溫度傳感器相比，集成溫度傳感器主要特點(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)</p><p>　　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)定的溫度值通過(guò)比較器比較后，驅(qū)動(dòng)一開(kāi)關(guān)器

14、件（一般是繼電器）控制加熱器的通斷。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。這樣繼電器反復(fù)動(dòng)作，溫度將被控制在設(shè)定值附近。</p><p>　　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)繼電器，影響繼電器的使用壽命。比例式控制是選擇一個(gè)固定的時(shí)

15、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，熱容量大的可選擇控制周期長(zhǎng)一些，一般選擇T=10~15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)接通加熱器電源的時(shí)間就比較長(zhǎng)（假設(shè)為t），隨著溫度的升高，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)加熱器電流的大小，當(dāng)溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，可自動(dòng)的

16、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)可控的功率器件實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器電流大小的控制。</p><p>　　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。</p>

17、<p>　　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：</p><p>　　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，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Σ－Δ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

18、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。</p><p>　　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)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。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)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

19、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。</p><p>　　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，所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。采用的溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專(zhuān)用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。</p><p>　　4.溫度控制器可靠性及安全性設(shè)計(jì)：

20、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Σ－Δ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。Σ－Δ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

21、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等智能溫度傳感器的內(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、下限的次數(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=1~4)時(shí)，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿(mǎn)足上

22、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</p><p>　　5.虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器：(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)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能指標(biāo)。最近，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)品序列號(hào)并且附帶一張

23、軟盤(pán)，軟盤(pán)上存儲(chǔ)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，再送給微控制器作數(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

24、執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享，在更換傳感器時(shí)無(wú)須進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即插即用(Plug&PlAy)”，這樣就極大地方便了用戶(hù)。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　目前檢測(cè)溫度的傳感器很多，其測(cè)量范圍、應(yīng)用場(chǎng)合等也不盡相同。其中電偶溫度傳感器在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中已得到了廣泛的應(yīng)用，它是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電動(dòng)勢(shì)

25、。它屬于自發(fā)電型傳感器，測(cè)量溫度時(shí)可以不需要外加電源；且具有結(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)量溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類(lèi)型的集成溫度傳感器應(yīng)用越來(lái)越多。</p><p>　　就目前情況而定，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。此外，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。以后全面智能化的溫度控制器使用將更加方便，功能將更加強(qiáng)

26、大，且更可靠，更安全。且目前各界研究溫度控制器，目的大致相同，但方法、技術(shù)各具一格，且各有千秋。故有綜各界之成果設(shè)計(jì)一新型溫度控制器的想法。目前面臨的問(wèn)題就是如何才能做到取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而來(lái)設(shè)計(jì)出新型的溫度控制器。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　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；</p>

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