温度控制系统综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电子信息工程温度控制系统综述摘要：随着科学技术的发展，单片机控制技术的发展也越来越快，它给我们带来的便捷也是无可厚非的。其中利用单片机控制系统做成的恒温箱就是一个典型例子。恒温箱主要用于控制温度，它可以为农业研究、生物技术测试提供各种所需要的模拟环境，因此广泛用于药物、纺织、产品寿命测试等相关行业[1]。如今单片机的功能变得越来越强大，可以实现很多电路系统的设计[2]。关键词：单片机；恒温箱；温度控制系统；一、恒温箱的基本结构和模块组成一个最简单的恒温箱主要由温度探头，制冷压缩机和热风机，有的用红外线加热，或是直接用电阻丝加热。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电

2、器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作[3]。加热模块的选择很多，主要有电阻加热，电热丝加热和温水加热等。电阻加热的特点是设备比较简单，适宜比较小范围的环境的温度加热，大范围会导致加热不均匀，影响其整个环境的恒温效果；电热丝加热主要通过类似灯泡的结构，是一定环境的温度达到较高的温度，往往适用于所需温度较高的环境；温水加热的一个最大特点是加热非常均匀，温度起伏不大的环境。综合以上加热方式的特点和本系统的需求，本系统采用灯泡加热的方式，即满足了加热所需的温度要求，又能使环境的温度均匀，设备条件也相对容易实现[4]。冷却模块主要靠压缩机制冷。但本次系统的设计环境为20℃到50℃，使用压

3、缩机等设备成本较高，且对20℃的环境主要还是考加热为主，所以会采用小型风扇替代压缩机制冷等方式。温度采集模块主要靠传感器，传感器的种类主要有两种，一种是热电阻温度传感器，铂电阻具有精度高、性能稳定、耐腐蚀及使用方便等优点，是工业测控系统广泛使用的一种理想的测温元件，但这种传感器输出的是模拟信号，而单片机接收的是数字信号，所以要进行A／D转换。另一种是数字温度传感器，这类传感器获取温度的方法非常简单，数据通过数字信号直接传人单片机。综合上诉情况，本系统采用DS18B20的数字传感器，实现简单可行的温度采集功能。为了节约材料和布线的简洁，电源模块的使用因为替换了之前采用水泥电阻作为加热器

4、件，所以直接通过变压器输入5V左右的直流电，分别为加热所需的灯泡，冷却所需的小型风扇和MCU及其其他外设供电；如果采用水泥电阻作为加热器件，则需要输入12～14V-4-的交流电，一路为水泥电阻提供电能，另一路通过整流滤波，接入稳压芯片7805转变为5V的直流电压以供给MCU及其外设系统使用[5]。显示模块可以采用液晶屏方式和普通的数码管，在本设计中，显示的内容只有三个数值，使用液晶屏显示对设计相对浪费，所以采用了共阳数码管显示。按键模块相对来说比较简单实用，一个有三个按键，如果想加一摄氏度就按下“加1℃”键，如果想减一摄氏度就按一下“减1℃”键，还有一个按键预留，关于防抖方面，消除按

5、键的抖动通常有硬件、软件两种消除方法。一般在按键较多时，采用软件的方法消除抖动，即在第一次检测到有按键按下时，执行一段延时12~15ms的子程序后，再确认该键电平是否任保持为闭合状态电平，如果保持为闭合状态电平就可以确认真有按键按下，从而消除抖动的影响。另一种是采用独立式按键可以用单稳态锁存器消除抖动。本系统采用软件延时防抖，避免使用锁存器设备材料的更换[6]。二、温度控制系统技术的发展早期，温度控制主要靠机械式温控器来控制，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已淘汰，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

6、前较流行，但总体来讲机械式温度控制器缺点十分明显[7]。这种控制器虽然成本较低，设置和维修简单方便，但是温度控制范围小，精度不高。很难胜任现在社会对高精度的要求[8]。国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式、电子式由集成化向智能化、网络化的方向发展。单片机以其低廉的价格、灵活的应用，在工业自动化方面得以广泛的应用。单片机温控技术也得以快速发展[9]。单片机温度控制系统能很好的克服传统控制器的缺点，选用51系列单片机为主处理芯片，温度测量多选用热敏电阻，热敏电阻的阻值随温度的变化反映在电阻电压的变化上，通过对电压信号的采集，可以反推出所测的温度。因而，需要有AD模块对模拟电压信号进行采

7、集。还有一种是使用数字温度传感器作为温度采集器，这种从温度传感器直接获取温度值的方法比较简洁，无需A/D转换器，即可实现对温度测量并将测量的数据直接送单片机进行处理。随着电子器件的发展，控制电路的形式也多种多样。出现了先进的神经网络，模糊控制和遗传算法，这些属于人工智能领域，同PID结合以调节PID参数，适应温控系统非线性，干扰多，大时延，时变和分布变化的特点。神经网络采用自适应的方法，具有很强的鲁棒性，动态响应快，实现温控系统的参数自调整，将线性控制与非