温度控制器 毕业设计开题报告.doc

内蒙古农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告题 目 温度测量与控制器设计学 院 机电工程学院专 业 农业电气化及其自动化年 级 2008级学 号 姓 名 王阳指导教师 李奋荣职 称 教授内蒙古农业大学教务处二012 年 3 月 8 日说 明一、开题报告前的准备毕业论文（设计）题目确定后，学生应尽快征求导师意见，讨论题意与整个毕业论文（或设计）的工作计划，然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写研究提纲，主要由以下几个部分构成：1、研究（或设计）的目的与意义。应说明此项研究（或设计）在生产实践上或对某些技术进行改革带来的经济、生态与社会效益。有的课题过去曾进行过，但缺乏研究，现在可以在理论上做些探讨，说明其对科学发展的意义。2、国内外同类研究（或同类设计）的概况综述。在广泛查阅有关文献后，对该类课题研究（或设计）已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述，只对本人所承担的课题或设计部分的已有成果与存在问题有条理地进行阐述，并提出自己对一些问题的看法。3、课题研究（或设计）的内容。要具体写出将在哪些方面开展研究，要重点突出。研究的主要内容应是物所能及、力所能及、能按时完成的，并要考虑与其它同学的互助、合作。4、研究（或设计）方法。科学的研究方法或切合实际的具有新意的设计方法，是获得高质量研究成果或高水平设计成就的关键。因此，在开始实践前，学生必须熟悉研究（或设计）方法，以避免蛮干造成返工，或得不到成果，甚至于写不出毕业论文或完不成设计任务。5、实施计划。要在研究提纲中按研究（或设计）内容落实具体时间与地点，有计划地进行工作。二、开题报告1、开题报告可在导师所在院、教研室范围内举行，须适当请有关专家参加，导师必须参加。报告最迟在毕业（生产）实习前完成。2、本表（页面：A4）在开题报告通过论证后填写，一式三份，本人、导师、所在院部（要原件）各一份。三、注意事项1、开题报告的撰写完成，意味着毕业论文（设计）工作已经开始，学生已对整个毕业论文（设计）工作有了周密的思考，是完成毕业论文（设计）关键的环节。在开题报告的编写中指导教师只可提示，不可包办代替。2、无开题报告者不准申请答辩。3、本表（原件）用钢笔填写，字迹务必清楚。一、选题依据（拟开展研究项目的研究目的、意义） 全球工业电子温度控制器市场近年来增长缓慢，因为温度控制器环节已经被纳入分布式控制系统（DCS），个人电脑（PC）和可编程逻辑控制器(PLC)。随着我国电子温度控制其市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为企业关注的焦点。了解国内外电子温度控制器生产技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。目前，智能电子式温度控制器必将在短期内全面取代机械式温度控制器。并且，智能温度控制器还将在精度、功能、可靠性及安全性等方向迅速发展。对智能温度控制器进行研究设计是相当有益的。二、文献综述内容（在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献） 现代信息技术的三大基础是信息采集控制（即温度控制器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。 温度控制器是基于单片机开发的温度控制装置。其主要功能是，根据用户设定温度与实际温度的差值来控制加热器等执行机构，从而改变温度至用户所需。 近些年来，因为温度控制器环节已经被纳入分布式控制系统(DCS),个人电脑(PC)和可编程逻辑控制器(PLC),全球工业电子温度控制器市场增长缓慢。随着我国电子温度控制器市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用于研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外电子温度控制器生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。 目前主要由模拟、集成机械式温度控制器和智能电子式温度控制器两大系列。且国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式、电子式；从集成化向智能化、网络化的方向发展。在当今电子信息时代，电子自动化、信息采集控制在任何行业都是不可逆转的潮流，智能电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将在未来很短时间内实现。 温度控制器发展初期是机械式温度控制器，这类温度控制器采用双金属片或充气膜盒感测室内温度，使用波段开关直接调整风速。双金属片温度控制器现基本淘汰，只使用在一些要求不高较低档场合；充气膜盒温度控制器当前较流行，但总体来讲机械式温度控制器缺点十分明显；1.机械式温度控制器外观陈旧呆板；2.机械式温度控制器温度精度差；3.容易打火（直接切换强电）；4.极易在一个极小温差范围内频繁开关水阀（风阀）；5.功能比较单一。鉴于这些，智能电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将是不可逆转的潮流。 温度控制器可分为三大部分；温度检测部分、温度控制部分和显示部分。1. 温度检测部分：温度检测是温控系统最关键的部分，它直接影响整个系统的测量、控制精度。例如热电偶温度传感器目前在工业生产和科学研究中已经得到了广泛的应用，它是将温度控制器信号转化为电动势。目前热电偶温度控制器已经形成系列化和标准化，主要优点是；它属于自发型电型传感器，测量温度时间可以不需要外加电源；结构简单，使用方便，热电偶的电极不受大小和形状的限制；测量温度范围广，高温热电偶测温高达1800以上，低温热电偶可测-260+960以下，目前主要用在高温测量工业生产现场中。热电阻温度传感器是利用电阻值随温度升高而增大这一特性来测量温度的，目前应用较为广泛的热材料是铜和铂。在铜电阻和铂电阻中，铂电阻性能最好，非常适合测量200+960范围内的温度。国内统一设计的工业用铂电阻常用的分度号有Pt25、Pt100等，Pt100即表示该电阻的阻值在0时为100。随着半导体集成电路技术的迅速发展，各类型的集成温度控制器应用越来越多。集成温度控制器的工作原理是利用PN结的温度特性制成的，同热电偶、热电阻等传统的温度控制器相比，集成温度控制器的主要特点有：灵敏度高；线性度好，一般不需要线性补偿；测量重复性好；响应速度快。但不足之处是测量温度窄，通常为55+150。根据本课题设计的要求，可选用集成温度控制器。由于温度传感器的直接输出信号一般都非常微弱，为了更好的测量和显示，需要放大器、滤波器等电路对信号进一步处理。对放大器的要求是精度高，输入失调电压和输出失调电流要小，同时要求抑制共模干扰信号的能力要强。2. 温度控制部分；实现对温度控制的方法很多，有采用模拟电路实现的、也有采用计算机构成的智能控制。模拟控制温度的方法主要有开关式控制法、比例式控制法和连续式控制法。开关式控制是将检测的温度信号和设定的温度值差进行比较后，驱动一开关器件（一般是继电器）控制加热的通断。如当测量的温度低于设定的温度值时，驱动电路使继电器接通加热器的电源，使温度上升；当温度高于设定的温度时，驱动电路使继电器断开加热器的电源，停止对加热器的加热，温度将下降。这样继电器的反复动作，将温度控制在设定值附近。 开关式温度控制方法的优点是电路简单，缺点是控制精度较低，并且在设定温度附近频繁启动热继电器，影响继电器的使用寿命。比例式控制是选择一个固定的时间T作为控制周期，选择控制周期的长短一般根据加热的热容量选取，热容量大的可以选择控制周期长一些，一般选择T=1015秒。当温度低于设定的温度较多时，在一个控制周期T内接通加热器的时间就比较长（假设为T），随着温度升高，加热时间t逐渐减少；当温度高于设定的温度时，加热时间t等于零，温度逐渐下降，最后使温度接近稳定。该方法控制温度精度将大大提高。连续控制是根据测量温度的大小自动连续调节加热器的电流大小，当温度大于设定的温度时，可自动控制减小加热器的电流，反之则增大电流，可使温度自动的保持在设定的温度上，该方法控制稳定的精度最高，电路也比较复杂，同时要求一个可控的功率器件实践对加热器电流大小的控制。3显示部分：该部分主要是使用A/D转换器将模拟电压或电流转换成数字量。最后再通过数码管等显示出来。实现A/D转换的方法很多，常用的有双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行比较式A/D转换器等。 进入21世纪后，智能温度控制器正朝着高精度、总线标准化、高可靠性及安全性以及网络化虚拟化方向迅速发展；1. 提高温度控制器测温精度和分辨力；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，控制混合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。也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。2. 增加温度控制器测试功能：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控制系统创造的良好条件。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、连续式转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对于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：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设计：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，抑制混合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。-式A/D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、LM75/76、MAX6625/6626等智能温度传感器内部，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、下线的次数。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。一旦温度超出设定的上、下限时，TNT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作用。此外，当温度超过极限温度时，严重超也能直接关掉主电源，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概念。5. 虚拟温度控制器和网络控制器：（1）虚拟温度控制器，虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成温度控制器的标定及标准，以实现最佳性能指标。最近，美国B&K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号并且附带一张软盘，软盘上储存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、传感器的设置和记录工作。（2）网络温度控制器，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，再送给微控制器做数据处理。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，在更换传感器时无需进行标定和校准，可做到“即插即用(plug&play)”，这样就极大方便了用户。 参考文献1. 王志刚.现代电子线路 M.第四版.北京：清华大学出版社，2008;2. 高西全，丁玉玉.数字信号处理M.第三版.西安电子科技大学出版社，2008;3. Joyec Van de Vvegte. Fundametals of Digital Signal Processing M.北京；电子工业出版社，2003；4. 王宏，MATLAB6.5及其再信号处理中的应用M.北京：清华大学出版社，2004；5. Proakis J G, Manolakis D G. 数字信号处理：原理、算法与应用 G.北京：电子工业出版社，2004；6. 高西全，丁玉美. 数字信号处理原理、实现及应用 M.北京：电子工业出版社，2006；7. 张仕兵. 单片机原理及应用 M.北京:高等教育出版社，2007.7；8. 王建坤. MAX+PlusIT入门与提高 M.北京：清华大学出版社，2004；9. 王伟. Veri Log HDL程序设计与应用 M.北京：人民邮电出版社，2005；10. 陈松，金鸿. 电子设计自动化技术 M.南京：东南大学出版社，2003；11. 骆新全，黄玲玲. 电子仿真与PCB设计Pspiace8.0,Multisim2001及Protel 99SE的应用 G.北京：北京航空航天大学出版社，2004；12. 章锡鹤，盛鸿宇.印制电路板电路设计实训教材 M.北京：科学出版社，2005；13路而红.专用集成电路设计与电子设计造化 M. 清华大学出版社，2004；14. 陈曾平，刘平，马云，电子设计基础与专用系统构成 M.北京：科学出版社，2006.9 研究方案（主要研究内容、目标，研究方法、进度）首先，收集大量相关资料，参考多种温度控制器方案并确定出自己将要设计的方案；再对自己打算设计的方案进行仿真调试；当仿真调试得到理想效果时，再将设计好的原理电路制成PCB板；随后清点需要的元器件，并购买；接着，按照自己设计的电路完成实物硬件并调试；最后，在成功完成硬件后，依照设计的全过程完成毕业设计论文。四、进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度） 2012年3月4月 收集资料，论证方案，写开题报告。 2012年4月5月 绘制电路图，制作硬件并调试。 2012年6月7月 撰写说明书，进行毕业答辩。 五、导师对文献综述的评语签字： 200 年 月 日六、 教研室意见教研室主任签字： 200 年 月 日七、学院意见学院（章）： 负责人签字： 200 年 月 日