【正文】 主要目的是為了讓人們能準(zhǔn)確的測(cè)量溫度，從而能根據(jù)所知的溫度來進(jìn)行控制。讓我們能感知溫度更方便快捷的去調(diào)節(jié)。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越強(qiáng)烈。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)(零點(diǎn))和測(cè)量溫度的基本單位。自然界中幾乎所有的物理化學(xué)過程都與溫度緊密相關(guān)，因此溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學(xué)試驗(yàn)以及日常生活中需要普遍進(jìn)行測(cè)量和控制的一個(gè)重要物理量。 隨著技術(shù)的發(fā)展，各種慣性器件的性能在不斷提高，體積也在不斷小型化。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD59TMP1LM135等。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。3) 智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。C。C。C 測(cè)溫精度為177。C。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為27us、9us。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。另外，智能溫度傳感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(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。對(duì)某些智能溫度傳感器而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率(典型產(chǎn)品為MAX6654)，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間(典型產(chǎn)品為DS1624)。典型產(chǎn)品有DS16DS162TCN7LM7MAX6625。3) 總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化目前，智能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(1Wire)總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。 鉑電阻溫度傳感器目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。,國際上鉑電阻生產(chǎn)廠用真空沉積,陰極濺射和燒結(jié)漿料等不同工藝方法推出一種新薄膜鉑電阻,這種膜層工藝改變了原來的線繞工藝制造鉑電阻,在一些需表面,德國生產(chǎn)發(fā)展很快,有完整的流水線,產(chǎn)量也很高.美國也有自己的鉑電阻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不是強(qiáng)制性的,也生產(chǎn)其他標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,美國一些鉑電阻公司對(duì)自己產(chǎn)品提出的要求甚至超過了國際電工委員會(huì)的規(guī)定,從這一點(diǎn)可以看出美國人的商業(yè)觀念和產(chǎn)品意識(shí). 我國與國外的主要技術(shù)差距：國內(nèi)鉑電阻溫度傳感器領(lǐng)域雖然已有一支幾十年中發(fā)展起來的技術(shù)隊(duì)伍,能夠提供不少高質(zhì)量產(chǎn)品,但由于應(yīng)用領(lǐng)域窄,產(chǎn)品種類產(chǎn)量少,生產(chǎn)周期長,成本高,難以形成大批量生產(chǎn)。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。，從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)。PWM控制技術(shù)大致可以為為三類，正弦PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。在70年代開始至80年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般最高不超過5kHz，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波引起的振動(dòng)引起人們的關(guān)注。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪音（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。 單片機(jī)及人機(jī)接口單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測(cè)、儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備和專用裝備的智能化等方面,單片機(jī)都扮演著越來越重要的角色。8051單片機(jī)最早由Intel公司推出，其后，多家公司購買了8051的內(nèi)核，使得以8051為內(nèi)核的MCU系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛，有人推測(cè)8051可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。測(cè)控系統(tǒng)通常都有人機(jī)接口，有兩方面的意義：一是操作人員能向微機(jī)發(fā)布命令和輸入數(shù)據(jù)；二是微機(jī)能向操作人員報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。但是我們的價(jià)格比國外卻便宜許多。 主要任務(wù)本文介紹了一種PID空氣溫度控制系統(tǒng)。對(duì)此偏差按PID算法進(jìn)行修正，求得對(duì)應(yīng)的控制量控制可控硅驅(qū)動(dòng)器，調(diào)節(jié)電阻絲的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣溫度的控制。利用AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度智能控制，能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、處理、緩沖、轉(zhuǎn)換、并進(jìn)行PID實(shí)施控制和鍵盤終端處理及顯示，包括各參數(shù)數(shù)值的修正。采樣周期太長,也是不合適，因?yàn)楦蓴_無法及時(shí)消除，使調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求空氣環(huán)境溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以溫度的檢測(cè)和控制為研究目標(biāo)，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的，具有檢測(cè)、和控制雙結(jié)合的作用。要求如下：（1）能在32℃～37℃范圍內(nèi)設(shè)定控制空氣環(huán)境溫度。（3）數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示空氣的溫度。（5）℃。 要求能在32℃37℃范圍內(nèi)設(shè)定控制空氣溫度，并具有較好的快速性和較小的超調(diào)，以及十進(jìn)制數(shù)碼管顯示等功能。因此電阻式加熱器件是被控對(duì)象，空氣溫度是被控變量。因此可以有以下三種控制方案：方案一：可控硅控制可控硅通過起控制端的電壓強(qiáng)弱開控制其導(dǎo)通的深度，控制電壓是直流電，可控硅要么通，要么不通，實(shí)質(zhì)是控制可控硅的導(dǎo)通角，以調(diào)節(jié)可控硅的通斷時(shí)間比，從而控制輸出交流電的有效電壓。這種方案需要計(jì)算正弦波開始和停止的時(shí)間，這樣會(huì)使系統(tǒng)的控制精度下降，因此不采用這種控制方案。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。它的缺點(diǎn)是開斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生涌流，由于反應(yīng)稍慢，無法用于很精細(xì)的開斷控制電路中，鑒于我們對(duì)控制精度要求較高所以不采用繼電器這種控制方法。 系統(tǒng)總體框圖 主控模塊的方案論證方案1：采用8031芯片，其內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，需要進(jìn)行外部擴(kuò)展，這給電路增加了復(fù)雜度。但由于系統(tǒng)用到較多的I/O口，因此此芯片資源不夠用。而且它的I/O口也足夠本次設(shè)計(jì)的要求。 前向通道方案論證 傳感器的方案論證 方案1：采用熱敏電阻和熱電偶傳感器測(cè)量溫度，可滿足32℃37℃的測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性和可靠性都比較差，對(duì)于檢測(cè)精度小于1℃的溫度信號(hào)是不適用的。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（32℃37℃）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。測(cè)溫范圍為32℃37℃。體積小、壽命長、價(jià)格便宜，由于本身電阻值大，因此可以不考慮引線長度帶來的誤差，適于遠(yuǎn)距離的測(cè)量和控制。它的缺點(diǎn)是非線性較大，在電路上要進(jìn)行線性補(bǔ)償，這樣將會(huì)使電路更加復(fù)雜，互換性較差。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。對(duì)一般的工業(yè)應(yīng)用來說，為了保護(hù)感溫元件避免受到腐蝕和磨損，總是裝在厚厚的護(hù)套里面，外觀就顯得笨大，對(duì)于溫度場(chǎng)的反應(yīng)也就遲緩得多。有的把它的自由端放在不變的溫度場(chǎng)中，有的使用冷端補(bǔ)償器抵消這種影響。（3）鉑電阻溫度傳感器導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測(cè)量其電阻值推算出被測(cè)環(huán)境的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是熱電阻溫度傳感器。目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料是鉑和銅。由式（1）和式（2）可見，要確定電阻RT與溫度T 的關(guān)系，首先要確定R0的數(shù)值，R0值不同時(shí)，RT與T的關(guān)系不同。鉑電阻在常用的熱電阻中準(zhǔn)確度最高，國際溫標(biāo)ITS90中還規(guī)定，~℃標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)來使用?？梢姡瑴囟仍礁叻蔷€性誤差越大，題目要求溫控范圍是32℃～37℃，溫度較低，可近似將其電阻值與溫度看作線性關(guān)系，而且在這么低的溫度下，電阻與溫度的關(guān)系不會(huì)改變。 A/D的方案論證方案一：采用A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5532，它具有高動(dòng)態(tài)范圍、可編程輸出字速率和靈活的電源配置選項(xiàng)。由于傳感器輸出信號(hào)比較小，分辨能力較低。它內(nèi)部含有可編程增益放大器(PGA) 、多路轉(zhuǎn)換器(MUX) 、電荷平衡模/ 數(shù)變換器、時(shí)鐘發(fā)生器、參考電壓源、串行接口。根據(jù)本文的設(shè)計(jì)要求選擇A/D7710作為轉(zhuǎn)換芯片。所以需要精確的直流電源控制方案來控制電阻絲的輸出功率。該器件既可調(diào)頻又可調(diào)脈寬，且其可調(diào)性強(qiáng)，工作區(qū)間大，可用他搭建不同的驅(qū)動(dòng)電路。TL494的使用在帶來以上優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，增加了產(chǎn)品的成本，所以不采用這種方案。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：（1）采用單片機(jī)可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)多種PWM控制方案，也可以采用如PID等智能控制方法。（3）采用閉環(huán)控制，提高控制精度。單片機(jī)輸出PWM，利用PWM產(chǎn)生高低電平來控制MOS管的G極，從而控制D極和S極之間的通斷，當(dāng)D極和S極導(dǎo)通時(shí)，電極正極接電源，負(fù)極接地。這樣就可以達(dá)到一種平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)PWM方波的占空比就可以調(diào)節(jié)電極兩端的電流，從而控制電阻絲的輸出功率。綜合上述分析，經(jīng)過性能、可靠性、成本等論證，本系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用大功率MOS管，對(duì)電阻絲的輸出功率采用數(shù)字PWM脈寬調(diào)速PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出,但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約,隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展,微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法,如現(xiàn)代控制理論,非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用,已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù),根據(jù)PWM控制技術(shù)的特點(diǎn),到目前 為止主要有以下5類方法. 1 相電壓控制PWM VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的,通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓,該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu),提高了輸入端的功率因數(shù),但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外,還包含較大的諧波分量. 2 滯環(huán)比較法 這是一種帶反饋的PWM控制方式,即每相電流反饋回來與電流給定值經(jīng)滯環(huán)比較器,得出相應(yīng)橋臂開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài),動(dòng)態(tài)性能好,和其他方法相比,在同一開關(guān)頻率下輸出電流中所含的諧波較多. 3 三角波比較法 該方法與SPWM法中的三角波比較方式不同,這里是把指令電流與實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較,求出偏差電流,通過放大器放大后再和三角波進(jìn)行比較,這種方式電流響應(yīng)不如滯環(huán)比較法快. 4 預(yù)測(cè)電流控制法 預(yù)測(cè)電流控制是在每個(gè)調(diào)節(jié)周期開始時(shí),根據(jù)實(shí)際電流誤差,負(fù)載參數(shù)及其它負(fù)載變量,來預(yù)測(cè)電流誤差矢量趨勢(shì),因此,若給調(diào)節(jié)器除誤差外更多的信息,則可獲得比較快速,這類調(diào)節(jié)器的局限性是響應(yīng)速度及過程模型系數(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性.5 空間電壓矢量控制PWM 空間電壓矢量控制PWM(SVPWM),以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的,用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通,由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān),把逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體,以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制,使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)(正弦磁通). PID控制算法的方案論證溫度控制器：采用PID模糊控制技術(shù) ，用先進(jìn)的數(shù)碼技術(shù)通過Pvar、Ivar、Dvar（比例、積分、微分）三方面的結(jié)合調(diào)整形成一個(gè)模糊控制來解決慣性溫度誤差問題。 據(jù)了解，很多廠家在使用溫度控制器的過程中，往往碰到慣性溫度誤差的問題，苦于無法解決，依手工調(diào)壓來控制溫度。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的 傳統(tǒng)的溫度控制器的電熱元件一般以電熱棒、發(fā)熱圈為主，兩者里面都用發(fā)熱絲制成。一般進(jìn)行溫度控制的電器機(jī)械，其控制溫度多在0400℃之間，所以，傳統(tǒng)的溫度控制器進(jìn)行溫度控制期間，當(dāng)被加熱器件溫度升高至設(shè)定溫度時(shí)，溫度控制器會(huì)發(fā)出信號(hào)停止加熱。當(dāng)下降到設(shè)定溫度的下限時(shí)，溫度控制器又開始發(fā)出加熱的信號(hào)，開始加熱，但發(fā)熱絲要把溫度傳遞到被加熱器件需要一定的時(shí)候，這就要視乎發(fā)熱絲與被加熱器件之間的介質(zhì)情況而定。所以，傳統(tǒng)的定點(diǎn)開關(guān)控制溫度會(huì)有正負(fù)誤差幾度的現(xiàn)象，但這不是溫度控制器本身的問題，而是整個(gè)熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性問題，使溫度控制器控溫產(chǎn)生一種慣性溫度誤差。PID模糊控制，是針對(duì)以上的情況而制定的、新的溫度控制方案，用先進(jìn)的數(shù)碼技術(shù)通過Pvar、Ivar、Dvar三方面的結(jié)合調(diào)整，形成一個(gè)模糊控制，來解決慣性溫度誤差問題。然而，在很多情況下，由于傳統(tǒng)的溫度控制器溫控方式存在較大的慣性溫度誤差，往往在要求精確的溫控時(shí)，很多人會(huì)放棄自動(dòng)控制而采用調(diào)壓器來代替溫度