多功能温度测控系统的研究

湖北工业大学 江记君

多功能温度测控系统的研究

湖北工业大学 江记君

如何提高温度控制仪的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源紧张的状况，具有长远的意义。本文研究的内容包括多功能温度控制系统的工作原理及一些典型的温度控制器的结构。并设计了“基于单片机的温度控制系统”。设计的主要内容是温度检测与控制系统中控制算法及输出驱动电路的实现。系统的组成包括：温度检测与处理系统、A/D转换电路、单片机系统电路、键盘和显示电路，控制算法主要是对PID控制与模糊PID控制进行了一定的研究。

多功能温度；控制系统

目前，多功能温度控制系统已广泛应用于家电控制、通讯、工业控制、智能仪器仪表、金融电子等许多领域。我们着重对多功能温度控制器来做为研究对象，温度控制仪普遍存在控制效果差、换热效率低的现象，造成能源的浪费。这些电阻各有其优缺点。家用空调的传感器大都是以热敏电阻式。热敏电阻式温控器是根据惠斯登电桥原理制成的，通过惠斯登电桥。在BD两端接上电源E，根据基尔霍夫定律，当电桥的电阻R1×R4=R2×R3时，A与C两点的电位相等，输出端A与C之间没有电流流过，热敏电阻的阻抗R1的大小随周围温度的上升或下降而改变，使平衡受到破坏，AC之间有输出电流。因此，在构成温控器时，可以很容易地通过选择适当的热敏电阻来改变温度调节范围和工作温度。

进入21世纪后，智能温度控制器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、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。

1 温度控制器的控制精度不断提高

在20世纪90年代中期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2°C。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9～12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5～0.0625°C。为了提高多通道智能温控器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。

2 温度控制器测试功能不断增强

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。另外，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。温度传感器及有关电路将温度转化为电脉冲的脉宽，单片机将测得的脉冲宽度的值转化为与之对应的温度值。与设定的温度相比较后，以温度偏差及其变化量为输入、加热量为输出，通过模糊控制算法，就可达到水温自动调节的目的。对任意温度对应的脉宽还可进行自动测量。

智能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A/D转换速率，分辨力及最大转换时间。

3 温度控制器总线技术的标准化与规范化

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、SM Bus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。

4 温度控制器可靠性及安全性

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／D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。转换器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，因此转换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。

[1]王晓明,曾红.单片机教程.第一版.沈阳:东北大学出版社,2001,12.

[2]马共立.MCS-51单片机实用子程序.第一版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1989.

[3]孙汝建.多路RS232、RS485通信的单片机扩展方法.自动化与仪器仪表,2003(1):51-52.

2017-09-10）