智能温控风扇设计-文献综述

智能温控风扇设计

摘要：本文综述了温度控制技术的有关概念以及现今温度控制技术存在的问题，同时介绍了温度控制技术的发展历史以及研究现状并指出随着温度控制技术的不断发展，温度控制技术将朝着高精度、智能化等方面快速发展

关键词：温度控制；发展；智能化

The design of Intelligent Temperature Control Fan Abstract：This paper discusses conceptions related to temperature control and points out the main problem of temperature control technology. And it also states development background and furture development of intelligent temperature control system and it points out that with these development of temperature control technology, the temperature control system will become more precise, intelligent.

Key words: temperature control; development;intelligent

1.1 综述目的

随着温度控制技术与计算机、通信等技术的不断结合，使得现今的温度控制技术在过去几十年里有了极大发展。同时，随着工业化生产的不断发展，其对温度控制的提出了高精度、高智能化的发展要求。因此，介绍了解当前温度控制系统的发展状况对设计研究高精度、高

智能化的温度控制系统有其积极意义。

1.2 有关概念

PID控制——将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制称为PID控制。

参数整定——通过改变控制单元参数，如比例度δ、积分时间Ti、微分时间Td等，改善系统的动态、静态特性，以求取较佳的控制效果的过程。

1.3 综述范围

本文从温度控制电路的发展、温度控制算法的改进以及温度传感器的发展方向等几个方面综述了智能温度控制系统在近几年的发展状况以及未来的发展趋势。

2.1 温度控制系统的历史背景及意义

温度是描述一个目标特点时最重要的数值之一，它与我们的日常生产及生活息息相关，它的测量和调整对控制产品的质量，提高生产效率和加快国家经济的发展有着非常重要的作用[1]。因此对它的测量与控制具有十分重要的意义，特别是在冶金、化工、机械、电气等方面。但由于温度本身的非线性以及较大的滞后性等，使得温度控制方面还存在着许多问题，如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题与此同时，随着工业生产的不断发展，其对温度控制的各项指标也有了更高的要求，传统的温度控制因为在控制方法以及电路设计等的不足之处导致其在反应速度以及控制精度上难以满足现代化工业生产的需求。因此，设计研究高精度、稳定、适用性强的温度控制系统对工业生产发展具有其积极意义。

2.2 研究及发展现状

温度控制系统广泛应用于社会各个领域，但根据应用场合以及要求性能的不同使得其也不尽相同。传统的温度控制系统大多数采用模拟方法实现，主要有开关式控制法、比例式控制法等等，控制电路大都采用继电器控制电路，虽然结构简单，但由于继电器动作频繁，常导致触点不良而影响温度控制，且其反应速度慢、精度低、造价高、维修麻烦。而随着温度控制技术的不断进步以及其与计算机等技术的相结合，使得温度控制系统在各方面取得了巨大发展。其具体如下：1）在控制电路上，采用主回路无触点作为控制电路的方法[2]，即采用无触点的可控硅或固态继电器替代传统的继电器，克服了传统继电器接触不良的问题，提高了系统的稳定性，且其造价低，维修简单；2）在温度采集方面，打破了传统的用热电阻、热电偶以及A/D转换器采集温度的思路，采用单线数字温度传感器采集温度，不仅简化了电路结构，同时有效地提高了系统的控制精度，如美国DALLAS公司1995年生产DS1820数字温度传感器，其测温范围-55～+125℃,标称测温精度为0.5℃，从DS18B20读出或写入信息仅需1根口线（单线接口）[3]【4】；3）采用单片机等做为中央控制核心：单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器CUP、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器等部件制作在一块集成芯片上构成的一个完整微型计算机，具有丰富的中断等资源[5]【6】。用单片机做为中央控制核心不仅极大地提高了温度控制系统的智能化，减化了外围电路的设计，提高了系统的控制精度以及反应速度，增强了系统功能，同时使得系统的适应性大大增强。与此同时，随着计算机等技术的迅猛发展以及其与温度控制技术的不段结合，在国外温度控制技术在智能化、自适应、参数自整定等方面取得大量成果。在此基础上，日本、美国、德国等国在温度控制领域都生产出了一批性能优异的温度控制器及仪器数字控制器等。这些温度控制系统普遍具有参数自整定功能并结合了计算机、通信等技术，运用先进的算法，具有控制精度高、抗干扰力强、

鲁棒性好的特点。而我国在温度控制技术方面尽管已经取得了一些成就，但是更多的企业仍值停留在简单的PID控制，与国外相比，我们在智能控制技术领域仍有很大的差距[7]。因此，我国温度控制技术只能适应一般的温度控制系统，难以满足于现代化工业生产的需求，尤其在智能化要求水平较高的领域。

2.3 发展方向

进入21世纪以来，随着工业自动化控制理论、通信技术和计算机技术的迅速发展，温度控制器正朝着高精度、小型化等方向迅速发展。其具体表现为传感器技术的改进与温度控制算法的改进。

在温度传感器方面，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展：1）提高温度检测的精度：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℃。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达

0.03125℃，测温精度为±0.2℃；2）增加温度传感器测试功能：新型智能温度传感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）等，使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部的E2PROM存储器来存储用户的短信息等；3）温度传感器总线技术的标准化与规范化：即温度传感系统的总线技术的标准化，所采用主线有单总线、I2C总线、Smbus总线和SPI总线等；4）温度传感器可靠性及安全性设计：采用了高性能的Σ－Δ式A／Ｄ转换器，结合过采样、噪声整形和数字滤波等技术，来提高有效分辨力。同时在安全性上还设计了完善的系统过热保护功能等；5）虚拟温度控制器和网络温度控制器：虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台结合软件开发而成的。利用软件来完成温度控制器的标定及校准，从而实现最佳性能指标，而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。它首先通过数字传感器将被测温度转换为数字量，再送给微控制器处理。最后将测量结果传输到网络，以实现各传感器之间、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，在更换传感器时无须进行标定和校准；6) 温度控制器单片测温控制系统：单片系统是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108~109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步[8]。

在温度控制算法方面，近几年发展比较迅速的有：1）改进PID温度控制；2）神经网络控制；3)模糊控制；4）模糊控制与PID控制结合；5）模糊控制与与神经网络结合；6）遗传算法；8）模糊控制、神经网络、遗传算法三者结合。而随着电子技术的发展，控制电路的形式也多种多样,无论是神经网络,模糊控制还是遗传算法,都属于人工智能领域,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[9]。这些控制方法实现了温控系统的参数自整定，将线性控制与非线性控制相结合，进一步简化了温度控

制系统的电路设计，提高了系统的各项指标。

2.4 评述

第一代温度控制器主要是电气式产品。其温度传感器采用双金属片或气动温包，控制电路大都采用继电器控制电路，虽然结构简单，但由于继电器动作频繁，常导致触点不良而影响温度控制，且其通过“给定温度盘”调整预紧力来设定温度，使得这类控制器普遍存在温度设定过粗、时间常数太大等问题；第二代温度控制器为电子式产品，其温度传感器采用热敏电阻等，控制温度值通过触摸键和液晶显示屏来设定，通过运算放大电路和开关电路实现双位调节来实现温度控制。这种控制器解决了温度设定值过粗等问题，但仍存在控制精度不高、时间常数大、操作较复杂等问题。而采用单片机等为控制核心的新型温度控制系统，其不仅功能强大、价格便宜、反应快，而且只需较少的外围电路即可实现温度控制系统设计。同时结合文献[10]的算法，通过编程方法实现系统的参数自整定，不仅可以避免人工整定参数不准的问题，同时缩短整定时间，使系统的精度和速度有了很大提高。

3.1 总结

随着工业生产的不断发展进步，温度控制系统起着越来越大的作用，本文在此背景下对温度控制技术的发展概况以及其未来发展做了综述。介绍了温度控制技术在过去的几十年里的巨大发展以及将来的发展趋势。

3.2 见解与发展方向

随着自动化技术的不段发展以及其与通信技术、计算机技术等的大量结合，智能温度控制系统将朝着高精度、智能化、网络化、小型化等方面快速发展。而伴随着自动控制技术从工业生产到日常生活的广泛运用，智能温度控制系统的应用领域将越来越广阔。

[1] CHEN Xue-li. Design and Research on NEW Intelligent Temperature Control System for Stove[J].Journal of China University of Mining & Technology,2001,11(2): 217~220

[2]郭炳坤.简单的恒温箱温控电路[J].仪器与未来，1991(7)：22

[7] 潘勇,孟庆斌.基于DS18B20的多点温度测量系统设计[J].电子测量技术，2008(9)：108~112

[4] 薛智宏，赵金，解丽红.DS18B20的测量原理及提高分辨率的方法[J].河北工业科技，2002(6)：4~7

[5] 何立民. 单片机应用系统设计[M].北京航天航空大学出版社，1995

[6] 谢维成，杨加国. 单片机原理与应用及C51程序设计[M]. 清华大学出版社，2006

[7] Shi Zhibin,Wang Baomin. Application and Development of Intelligent Temperature Control System[C].Proceedings of the 5th International Symposium on Test and Measurement,2003,1: 4370~4373

[8] 沙占友. 智能温度传感器的发展趋势[J]. 电子技术应用，2002(5)：6~7

[9] 吴为民，王仁丽. 温度控制系统的发展概况[J]. 工业炉，2002(2)：18~20

[10]鲍可进.PID参数自整定的温度控制[J].江苏理工大学学报，1995(6)：74

忽略此处..