畢業(yè)設(shè)計----溫度控制器開題報告及文獻(xiàn)綜述

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　設(shè)計（論文）名稱基于PLC的溫度控制</p><p>　設(shè)計（論文）類型應(yīng)用研究指導(dǎo)教師</p><p>　學(xué)生姓名學(xué)號系、專業(yè)、班級</p><p>　一、選題依據(jù)：全球工業(yè)電子溫度控制器市場近些年來增長緩慢，因為溫度控制器環(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（DCS），個人電腦（

2、PC）和可編程邏輯控制器（PLC）。隨著我國電子溫度控制器市場的迅猛發(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)。了解國內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(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。對智能溫度控制器進(jìn)行研究設(shè)計是相當(dāng)有益的。</

3、p><p>　二、設(shè)計（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)計的方案；再對自己打算設(shè)計的方案進(jìn)行仿真調(diào)試；當(dāng)仿真調(diào)試得到理想效果時，再將設(shè)計好的原理電路制成PCB板；隨后清點(diǎn)需要的元器件，并購買；接著，按照自己設(shè)計的電路完成實物硬件并調(diào)試；最后，在成功完成硬件后，依照設(shè)計的全過程完成畢業(yè)論文。</p><p>　三、設(shè)計（論文研究）任務(wù)完成的

4、階段內(nèi)容及時間安排:1：收集資料，論證方案 （3月12日——3月24日 ）2：寫開題報告 （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)教師意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日</p><p&g

5、t;　教研室畢業(yè)設(shè)計（論文）工作組審核意見難度分量綜合訓(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</p><p>　系 別：自動化與電子信息學(xué)院</p><p>　專業(yè)

6、班級：</p><p><b>　　文 獻(xiàn) 綜 述</b></p><p>　　——溫度控制器的設(shè)計</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)定溫度與實際溫度的差值來控制加熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而改變溫度至用戶所需。</p><p>　　近些年來，因為溫度控制器環(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（DCS），個人電腦（PC）和可編程邏輯控制器（PLC），全球工業(yè)電子溫度控

8、制器市場增長緩慢。隨著我國電子溫度控制器市場的迅猛發(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)。了解國內(nèi)外電子溫度控制器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(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)今電子信息時代，電子自動化、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很短時間內(nèi)實現(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，這類溫度控制器采用雙金屬片或充氣膜盒感測室內(nèi)溫度，使用波段開關(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、高較低檔場合；充氣膜盒溫度控制器當(dāng)前較流行，但總體來講機(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.極易在一個極小溫差范圍內(nèi)頻繁開關(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：溫度檢測部分、溫度控制部分和顯示部分。<

11、/p><p>　　1.溫度檢測部分：溫度檢測是溫控系統(tǒng)的最關(guān)鍵部分，它只接影響整個系統(tǒng)的測量、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，它是將溫度信號轉(zhuǎn)化成電動勢。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，測量溫度時可以不需要外加電源；結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制；測量溫度范圍廣，高溫?zé)犭娕紲y溫高達(dá)1800℃以上，低溫?zé)犭娕伎?/p>

12、測-260℃以下，目前主要用在高溫測量工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中。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測量溫度的，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，非常適合測量-200~+960℃范圍內(nèi)的溫度。國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計的工業(yè)用鉑電阻常用的分度號有Pt25、Pt100等，Pt100即表示該電阻的阻值在0℃時為100Ω。隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類型的集成溫度傳感器應(yīng)用越來越多。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；測量重復(fù)性好；響應(yīng)</p><p>　　2. 溫度控制部分：實現(xiàn)對溫度控制的方法很多，有采用模擬電路實現(xiàn)的，也有采用計算機(jī)構(gòu)成的智能控制。模擬控制溫度的方法主要有開關(guān)式控制法、比例式控制法和連續(xù)式控制法。開關(guān)式控制是將檢測的溫度信號和設(shè)定的溫度值通過比較器比較后，驅(qū)動一開關(guān)器

14、件（一般是繼電器）控制加熱器的通斷。如當(dāng)測量的溫度低于設(shè)定的溫度值時，驅(qū)動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，驅(qū)動電路使繼電器斷開加熱器的電源，停止對加熱器的加熱，溫度將下降。這樣繼電器反復(fù)動作，溫度將被控制在設(shè)定值附近。</p><p>　　開關(guān)式溫度控制方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，缺點(diǎn)是控制精度較低，并且在設(shè)定溫度附近，頻繁啟動繼電器，影響繼電器的使用壽命。比例式控制是選擇一個固定的時

15、間T作為控制周期，選擇控制周期的長短一般根據(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，在一個控制周期T內(nèi)接通加熱器電源的時間就比較長（假設(shè)為t），隨著溫度的升高，加熱時間t逐漸減少；當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時，加熱時間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)測量溫度的大小自動連續(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，可自動的

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，同時要求一個可控的功率器件實現(xiàn)對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。最后再通過數(shù)碼管等顯示出來。實現(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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再利

18、用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來提高有效分辨力。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，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(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，操作非常簡便。對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))還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時間。</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)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。</p><p>　　4.溫度控制器可靠性及安全性設(shè)計：

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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再利用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來提高有效分辨力。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)受到噪聲干擾時產(chǎn)生誤動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫度傳感器的內(nèi)部，都設(shè)置了一個可編程的“故障排隊(fAultqueue)”計數(shù)器，專用于設(shè)定允許被測溫度值超過上、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測溫度連續(xù)超過上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過所設(shè)定的次數(shù)n(n=1~4)時，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿足上

22、述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計數(shù)器就復(fù)位而不會觸發(fā)中斷端。這意味著假定n=3時，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算機(jī)平臺、并通過軟件開發(fā)而成的。利用軟件可完成溫度控制器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實現(xiàn)最佳性能指標(biāo)。最近，美國Ｂ＆Ｋ公司已開發(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)品序列號并且附帶一張

23、軟盤，軟盤上存儲著對該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。使用時，傳感器通過數(shù)據(jù)采集器接至計算機(jī)，首先從計算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號，再從軟盤上讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后自動完成對傳感器的檢查、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。它通過數(shù)字傳感器首先將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理。最后將測量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實現(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，在更換傳感器時無須進(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。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　目前檢測溫度的傳感器很多，其測量范圍、應(yīng)用場合等也不盡相同。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，它是將溫度信號轉(zhuǎn)化成電動勢

25、。它屬于自發(fā)電型傳感器，測量溫度時可以不需要外加電源；且具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，熱電偶的電極不受大小和形狀的限制；測量溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，各種類型的集成溫度傳感器應(yīng)用越來越多。</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)計一新型溫度控制器的想法。目前面臨的問題就是如何才能做到取長補(bǔ)短，從而來設(shè)計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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