温控设计范文

温控设计范文（精选12篇）

温控设计 第1篇

关键词：51单片机,温度传感器,LED显示器,智能温控风扇设计

0 引言

生活之中, 我们会使用各种各样用风扇散热有关的电子产品, 因此节能就成了共同关注的问题。例如用于降温防暑的设备, 现在中国大部分的老百姓通常还是使用的是电风扇, 因为它的价格相对于空调更能让普通老百姓接受。可是问题来了, 普通的电风扇使用时人性化、智能化吗?普通的电风扇只能通过调节不同档位而控制风扇的转速, 而且必须要人亲自操作换档, 如果要关闭风扇, 除了直接关闭电源的做法以外, 现在也只有利用定时器这一种做法, 定时时间到了就会让风扇停止转动, 因此使用时非常麻烦, 既不智能化, 也不能满足因为环境温度的变化改变风扇转速的要求。又例如现在冰箱之类的大功率电子产品的散热方面, 大多数也都使用的是风扇, 通过它引起空气流动的方式把工作时产生的热量带走, 使电子产品的温度不会过高而把内部的器件烧坏。然而, 要使高耗能电子产品保持常温或者使温度降低, 则必须要求散热风扇的功率要大、转速要高, 可是大功率的风扇噪声也很大, 可靠的方法就是通过降低风扇的转速来减小噪声, 倘若如此又不能做到减小电子产品温度的问题, 因此也没有解决节能及温度和人性化的问题。利用这套温控智能风扇系统不仅可以解决上述问题, 还能在LED上显示实时温度, 精确度较高。

1 设计的整体思路

利用高精度集成温度传感器DS18B20监测环境温度的变化[1], 将获取的环境温度值转换成数字量, 通过51单片机软件编程的方式进行程序运算, 然后以数值的形式在LED显示器上显示当前环境温度值 (可精确到小数点后一位) 以及预设最低的温度值, 并利用采集的温度值来控制PWM脉宽从而改变直流风扇电机的转速。设计总体框图如图1所示。

2 元件的选择

2.1 温度监测元件的选择

在本设计中, 采用数字式的高集成化温度传感器DS18B20作为温度监测的元件, 因此可以大大的降低因使用其它外围元件而导致的误差, 使温度误差尽可能的变得很小, 且因为温度传感器监测温度的原理与普通风扇内的热敏电阻的原理是非常不同的, 温度传感器的温度分辨力比普通风扇内的热敏电阻更精准可靠, 同时将获取的环境温度值 (模拟量) 直接在该器件内部转化成数字形式, 然后直接输出给51单片机, 因此系统程序设计就变得非常的简洁方便, 又因为该温度传感器采用的是单总线技术 (采用单根信号线, 既可传输时钟信号, 又能传输数据信号, 而且数据传输是双向的[2]) , 因而使用该器件具有线路简单, 成本消费不高, 适合于总线扩展与维护, 抗干扰能力很强。在本系统中, 采用微型计算机系统以强化和提高传统传感器的功能, 即传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微型计算机处理部分进行处理[3]。

2.2 显示电路的选择

采用能显示优美字符的LED显示器显示温度值, 其具有色彩鲜艳、亮度很高、很清晰、只需要很低的工作电压、消耗能量小、使用寿命长和工作稳定可靠等优点。

2.3 控制核心元件的选择

在本设计中控制核心使用的是51单片机。主要是因它可以软件编程从而能进行温度判断的功能, 并且具有极高的精准度, 环境温度的细微变化都能够精准的反映出, 并在它的输出端口将控制信号输出去驱动电机转动。51单片机不需要高的工作电压且性能高, 它的内部具有256字节的随机数据存储器和8k字节的只读程序存储器, 指令系统原理简单, 高性能、高速度、体积小、价格低廉、可重复编程和方便扩展, 利用计算机控制及通讯技术, 可以通过51单片机接口和计算机的串行接口进行通信, 实现计算机的程序控制和通信, 同时其可应用于自动测控系统, 如设计各种数据采集系统、自适应控制系统等优点[4], 故适合本设计系统。

2.4 调速方式的选择

利用单片机可以软件编程的方法, 实现PWM (脉冲宽度调制) 调速, PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种技术[5]。直流电动机PWM调速的调制方式是调幅, 它是通过调解驱动电动机的电压脉冲宽度不同的方式, 使输送到电动机电压值的大小得到改变, 从而改变风扇的转速。在控制时需要调节PWM占空比以此去控制电动机的转速, 当占空比小时, 转速就会降慢, 占空比越大转速就越快, 要想转速能达到峰值, 只有让占空比为100%才行, 此时处于最耗能状态。

整个调速过程都使用的是软件的方法来实现, 相对增加其它外围硬件而言, 既增强了使用时的灵活性, 也使成本大大的降低了, 同时也能够让单片机的功能得到很好的利用, 这样就为实现该智能温控系统提供了一种更加快捷有效的方法。

3 结语

本系统采用高精度集成温度传感器, 用单片机软件编程驱动电机转速, 并根据当前环境温度自动调节风扇转速的功能, 因此实现了对普通风扇智能控制的能力。

参考文献

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温控开关的作用-温控开关是什么？ 第2篇

温控开关的简介

温控开关是根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件的控制器。也叫温度保护器或温度控制器，简称温控器。或是通过温度保护器将温度传到温度控制器，温度控制器发出开关命令，从而控制设备的运行以达到理想的温度及节能效果。

以空调而言，温度控制器是对空调房间的温度进行控制的电开关设备。温度控制器所控制的空调房间内的温度范围一般在18℃～28℃。窗式空调常用的温度控制器是以压力作用原理来推动触点的通与断。其结构由波纹管、感温包（测试管）、偏心轮、微动开关等组成一个密封的感应系统和一个转送信号动力的系统。电路系统的组成部件主要有：温度控制器、热保护器、主控开关、运转电容器，风扇电动机的运转电容器等被固定在控制盒内。温度控制器的作用只是控制压缩机的启动和停止。

控制方法一般分为两种。一种是由被冷却对象的温度变化来进行控制，多采用蒸气压力式温度控制器，另一种由被冷却对象的温差变化来进行控制，多采用电子式温度控制器。温控器分为：

机械式分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。

其中蒸气压力式温控器又分为：充气型、液气混合型和充液型。家用空调机械式都以这类温控器为主。

电子式分为：电阻式温控器和热电偶式温控器。

温控开关的作用

温控开关工作温度性能固定，不需调整、干脆、动作可靠、不拉虎使用寿命长、无线电干扰少。如消毒碗柜、电热开水瓶、咖啡壶、电子瓦撑、暖水袋、饮水机、电吹风、吸尘器、电取暖炉、微波炉、电熨斗、干衣机、电机等电器都离不开它。

具有性能稳定、精度高、体积孝量轻、可靠性高、寿命长、对无线电干忧小等特点的温控器作用如下：

空调机电路系统的作用是控制空调正常和多功能的运行，保护压缩机和风扇电机正常运行。电路系统的组成部件主要有：温度控制器、热保护器、主控开关、运转电容器，风扇电动机的运转电容器等被固定在控制盒内。图为单冷式空调机的电气线路图。温度控制器的作用只是控制压缩机的启动和停止。

产品应该在相对湿度小于90%，环境温度40℃以下通风、洁净、干燥、无腐蚀性气体的仓库中存放以防使用时发生意外。

温控开关的工作原理

在我们的很多常用的家用电器，或者是一些精密的高端秘密设备中，温控器，它的使用已经不再是有任何问题的存在了。可是对于这么个器件，我们知道的大概就为这个东西是用来监控温度的，但是对于如何进行的原理，和怎么样的连接，大家知道的估计就没有了，可能还从来没有注意过，这一方面的事呢。

对于我们常见的电器里面的那些温控器，它们的工作大都是一样的，都为借助着对温度敏感度的感应器，进行附近的温度状况的信息收集到，从而实现了对相应的温度的时刻情况的把握。

其具体的工作方式为：当我们的设备下的温度感应器，感应到了自己处在的温度的真实体现，就会通过特有的通道反应到专门的处理端里，分析这个额度是否为早先设定好的温度值范围之中，如果是发现有不对的情景时，就自动的根据早前的系统进入最佳的调整方案，将不利的条件给逆转回，或者是发出警示。当然，在超过调节的程度时就还能自我的进入保护模式当中，如自动跳闸等方式停下运行。

智能温控系统的硬件设计原理分析 第3篇

关键词:温控;传感器

1 控制系统的硬件实现

控制系统硬件电路的组成由同步过零检测电路、温度信号检测及可控硅触发电路、时钟芯片等组成,结构框图如图1所示,以单片机机为核心,数据采集由铂电阻经补偿放大后送至A/D转换,调功部分由过零触发电路及可控硅完成。

2 功率输出电路及其控制原理分析

2.1 输出电路

加热丝输出功率大小的调节,可以使用移相调压电路,也可以采用占空比开关电路进行控制。在采用移相调压电路时,即将计算得到的控制量经D/A变换,控制可控硅的移相触发电路,实现输出电压的无级调节。由于电压输出波形的不完整,含有高次谐波分量,对电网有一定的干扰。

采用占空比开关电路控制,即考虑可控硅控制电压和被控的交流电压之间以及电热丝产生的热量和所加的电压之间的非线性,通过调节周期时间内的通电时间来调节输出功率的大小,可以避免D/A转换和信号放大造成的不必要的误差,也可以通过可控硅的过零触发电路避免对电网的谐波干扰。

2.2 控制原理分析

本系统采用晶闸管过零触发调功方式,为能精确控制晶闸管的导通时间,利用同步变压器和电压比较器LM311组成正弦交流电的正半波过零检测电路,它在交流电每一个正半周的起始零点处产生上升沿,并在正半周回零处产生一个下降沿,通过可重复触发集成单稳态触发器MC14528,单稳态输出的两路窄脉冲再叠加,就得到100Hz的过零脉冲,脉冲宽度可由MC14528的外接电阻和外接电容调节。这一串矩形脉冲序列输至控制器 C8051F020的中断口,在方波的上跳沿或下跳沿时刻产生IRQ中断,用于触发可控硅进行同步移相,从而通过计算脉冲的个数控制晶闸管通断的周期时间。

晶闸管在正弦电压过零点触发导通。这样负载上得到的电压为一正弦波,电压每次过零时,晶闸管是否导通是可控的。因而这种方式避免了调压方式缺点,且晶闸管导通功耗小,运行可靠。调功方式输入电阻炉的平均功率为: P=nN•U2NR在式中,P为输入电阻炉的功率;R为负载有效电阻;U为电网电压:n为允许导通的波头数,N为设定的波头数。

3 单片机接口电路的设计

本系统设计中采用工业级全集成混合信号在片系统单片机系列中功能比较齐全的C8051F020微处理器,在片系统SOC(System On Chip)是一个全新的概念,是随着半导体技术的不断发展。集成度越来越高,对嵌入式控制技术的可靠性要求越来越高而产生的。虽然C8051F020自带了A/D转换器,但却满足不了式铂电阻的线性校正的要求。所以在铂电阻测温电路线性设计的实现中,采用了4位半双积分型A/D转换器ICL7135。ICL7135每一个转换周期分为三个阶段:自动调零阶段、被测电压积分阶段、对基准电压UREF进行反积分阶段。

无人值守机房温控风扇的设计 第4篇

随着科技的发展,设备的集成度越来越高,散热性能直接影响设备的运行情况,通常需要增加风扇来加强空气对流达到降温目的。而随着温度控制技术的发展,温控风扇越来越受到重视并被广泛的应用。在现阶段,温控风扇根据环境温度的变化,自动控制风扇的启动和停止。

随着单片机的广泛应用,出现了基于单片机的温控风扇系统。它的设计为无人值守机房温度控制带来了诸多便利,能确保机房设备的稳定有效运行。

1系统设计方案

方案采用AT89C52单片机作为中央处理模块,DS18B20作为温度采集元件,通过控制继电器的闭合与断开,达到控制风扇供电通断的功能,并通过数码管显示系统预设温度和实际采集温度。根据系统预设温度和实际采集温度的比较结果,控制风扇的自动启动或停止。系统结构框图如图1所示。

2各单元模块的硬件设计

2.1中央处理模块电路

中央处理模块是整个系统的中枢,任何模块都不能独立的完成相应的任务,必须通过与中央处理模块配合才能完成相应的功能。

AT89C52共有I/O接口32个。

P1.0、P1.1与按键相连,通过按键控制系统预设温度的升高和降低。

P3.2与外部中断INT0相连,按键采用中断方式查询,当按键按下时,产生中断,在中断响应中查询哪一按键按下。

P1.2与温度采集元件DS18B20相连,供单片机读取机房实际采集温度。

P1.3与继电器相连,通过输出高低电平控制继电器的闭合与断开。

P2.1~P2.4与数码管位选端相连,P0口与数码管数据口相连,达到显示预设温度和实测温度的目的。

2.2按键模块电路

按键模块包括2个独立按键SW2和SW3,采用中断方式查询按键,与门输出低电平,下降沿触发单片机中断,通过中断响应查询哪一按键按下。当SW2或SW3按键按下一次,单片机对系统预设温度值进行加一或减一操作。其接线如图3所示。

2.3数码管显示模块电路

方案选用5位共阴极数码管作为显示模块,其中3位数码管用于显示实际采集温度,精确到0.1摄氏度 ; 2位数码管用于显示系统预设温度,只显示整数值。利用单片机控制5位数码管动态显示,硬件连接如图4所示。

2.4温度采集模块电路

方案基于单片机读取温度采集元件DS18B20的测量值,这个值为16位二进制形式存储,单片机依次读取低8位和高8位。本设计将DS18B20接在P1.2口实现读取实际测量温度的功能。其与单片机的连接如图5所示。

2.5继电器控制模块电路

本设计中由单片机的I/O口P1.3控制继电器。当线圈通电导通时,继电器常开触点闭合,风扇电源与220V外电接通,风扇启动。二极管D1的作用是继电器线圈的续流作用,当继电器通电或断开时,会产生较大反电动势,采用反向二极管的吸收,会起到很好效果。电路连接如图6所示。

2.6供电模块电路

220v交流电经变压器变压后,由桥式整流电路整流,得到一个电压波动很大的直流电源,所以需要接一个330u F的电解电容滤波。要得到一个比较稳定的电压,接入了一个三端稳压器元件LM7805。三端稳压器后面接一个1u F的电容,这个电容有滤波和阻尼作用。该电路输入家用220v交流电,发光二极管D1会亮,显示电路工作状态,经过全桥整流,稳压后输出稳定的5v直流电。电路连接如图7所示。

3结束语

设计方案由六部分组成,既中央处理模块电路、按键模块电路、数码管显示模块电路、温度采集模块电路、继电器控制模块电路、供电模块电路。

首先检测机房环境温度,然后通过单片机比较实际温度与预设温度,当机房温度高于预设温度时,控制继电器吸合,风扇接通电源后启动,当机房温度低于预设温度时,控制继电器断开,风扇断开电源后停止。为了直观显示机房温度环境,采用数码管动态显示电路,对环境实际温度和系统预设温度进行显示。同时系统预设温度可以通过按键进行升高和降低。

本设计以单片机为核心处理模块,通过DS18B20采集环境温度,根据环境温度的变化控制风扇的启动和停止,实现了基于单片机的温控风扇的设计。

摘要：夏季无人值守机房设备能否高效与安全运行,机房温度至关重要。采用单片机作为中央处理单元,采集温度传感器获取的机房实际温度,通过与可调预设温度比较实现控制继电器的闭合与断开,从而实现风扇与供电系统的通断,达到控制风扇启动和停止的功能,利用按键调节预设温度值,用数码管显示预设温度和机房实际温度。

冬季混凝土施工温控措施 第5篇

按照招标文件和有关文件要求并结合现场实际施工情况，制定溢洪道工程冬季砼施工温控措施如下：

1、混凝土温控

1.1 混凝土出机口温度：溢洪道混凝土≤11℃。1.2 混凝土浇筑温度：溢洪道混凝土≤16℃。1.3 混凝土内部预警温度：溢洪道混凝土≤32℃。

1.4 若混凝土内部温度超过预警温度，则调整出机口温度，溢洪道混凝土≤9℃。

2、混凝土施工保温措施

1.1.保温范围

混凝土表面保温主要部位为：溢洪道边墙、溢洪道底板施工仓面。1.2保温时段

保温时段为2014年12月上旬旬～2014年12月下旬，历时共1个月（当地年平均气温为12月10.0℃）。

1.3保温材料

主要采用：①火炉②聚乙烯塑料大棚等保温材料。1.4保温要求

当日平均气温在2～3d内连续下降超过（含等于）6℃时，28d龄期内砼表面（侧、顶面）进行表面保温保护；低温季节（如拆模后砼表面温降可能超过6～9℃）以及气温骤降期间，推迟拆模时间，或在拆模后立即采取其它表面保护措施；当气温降至冰点以下，龄期短于7天的砼覆盖聚乙烯薄膜或其它合格的保温材料作为临时保护层。

1.10.6 三检应不定期进行保温检查，厂队人员参加，对各施工面保温工作存在的问题现场提出处理要求和时限，厂队必须严格按照要求执行。

1.10.7 溢洪道进入冬季以后跟进保温，要求保温工作在收仓后5d内完成（含消缺时间，消缺需经三检、监理验收合格），在保温完成后应及时申请三检进行验收，并在每月月底集中申请监理进行验收。

温控设计 第6篇

关键词：PID；模糊控制；饲喂装置；温度控制；奶牛

中图分类号： S818；S126文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0492-03

收稿日期：2014-11-25

基金项目：新疆生产建设兵团科技支疆项目（编号：2013AB024）。

作者简介：张东虞（1980—），女，贵州铜仁人，硕士，讲师，主要从事智能化检测与自动控制技术研究。E-mail：zdy800809@163.com。

通信作者：曹卫彬，博士，教授，主要从事农业机械化研究。E-mail：cwb-mac@shzu.edu.cn。奶产业作为畜牧产业的一种，具有高效率、高效益双重特点，在现代农业中占据非常重要的地位，一个国家的牛奶产量和人均占有量是衡量一个国家经济发达程度和综合国力的重要指标。因此，奶业是世界各国发展经济的重要产业之一，在发达国家，奶业产值比重占到了畜牧业总产值的30%左右。而在我国奶业现阶段还处于粗放发展阶段，与奶业发达国家相比，仍然存在如下问题：（1）我国的奶牛养殖技术仍然落后，自动化程度较低，装置比较落后；（2）养殖规模化程度低，散户养殖占大多数比例，导致单产水平低、饲养管理水平落后、奶牛的品种问题很难提高等问题。分析表明，奶牛品种和饲养管理水平的问题影响整个奶业比例分别占30%、70%。而在饲养过程中，饲养条件的优劣直接影响奶牛的产奶量和牛奶品质。因此，如何提高奶牛的饲喂技术，将成为我国奶业发展急需解决的问题[1-2]。

我国新疆、内蒙古、河北、甘肃等奶牛养殖大省（自治区），冬季气候寒冷，在冬季进行奶牛喂养过程中，饲料温度过低，影响奶牛的饲喂质量，因此本研究在现有的精准饲喂装置基础上，设计了一种基于模糊自整定PID控制的温控系统应用于广大北方地区的奶牛精准饲喂装置中。

1饲喂装置温控系统对温度控制的要求

温控系统中电加热系统具有较大的纯滞后、非线性和惯性滞后等问题，常规的PID控制算法简单，是在某一特定的条件下整定完成，对于线性稳定的控制对象非常有效，而对于工况时常发生改变的过程，PID的参数很难适应不同的变化过程，而温度控制属于非线性、时变和大滞后过程，传统的PID难以实现精准控制。

本系统采用模糊自整定理论的PID控制器，该控制器以单片机AT89C52作为现场控制装置，通过编写单片机程序来实现控制要求，根据误差e和误差率de对PID进行在线调节，具有较好的动态调节性能和鲁棒性[3-4]。

1.1热电偶的温度控制

如图1所示，根据控制要求利用单片机AT89C52为核心控制元件，通过设置温度控制点，采用PT 100温度传感器采集现场温度信号，实时传送至MAX 6675热电偶信号转换器，该转换器集信号放大、冷端补偿、A/D转换于一体，直接输出温度的数字信号，与单片机接口连接并采用动态扫描显示方式，使硬件电路大大简化，既降低了成本，又提高了系统可靠性和抗干扰性；整个温控系统通过单片机与PT 100温度传感器以及执行装置交互作用实现温度的智能控制。

1.2加热板的温度控制

该温控系统采用硅橡胶加热板作为加热装置，硅橡胶加热板的主要材质是镍络合金电热丝、硅橡胶高温绝缘层，硅橡胶绝缘层的主要材质是硅橡胶与玻璃纤维布，由两者复合而成，形状呈薄片状，具有柔韧性好、强度高的特点，并且尺寸可以根据系统装置的需要进行定制，具有加热迅速、温度分布均匀、热转化率高、机械强度高、使用方便、安全、寿命长、不易老化等优点。此加热板可以直接与被加热物体紧密接触，加热功率为0.5～0.7 W/cm2。该温控系统选择此加热板作为加热装置非常适合。

PT100温度传感器采集到加热板的温度信号，通过MAX6675控制器将信号传送至单片机，根据系统设置的温控点，单片机通过模糊自整定PID控制运算，将采集信号传输至固态继电器执行，对加热板进行控制。温度低于设定温度时，加热板开始加热，温度高于设定温度时，系统报警，加热装置停止加热，从而使整个温度保持恒定。

2模糊自整定控制的设计

2.1Fuzzy-PID设计

应用PID控制，首先要确定被控对象的数学模型，根据温度偏差e作为输入量，通过计算，驱动执行机构减小误差，从而使被控对象趋于稳定，PID计算式如下：

PID参数模糊自整定是找出PID中3个参数与e和ec之间的模糊关系，在控制系统运行中循环计算e和ec的值，根据模糊控制原理（图2）对Kp、Ki和Kd中的3个参数进行在线修改，满足不同e和ec对控制参数的不同要求，使被控对象的动态、静态性能保持良好的状态。系统整定应从以下几个方面进行综合考虑：（1）系统整体的稳定性；（2）系统的响应速度和响应时间；（3）系统参数的超调量；（4）系统稳态时的精度等方面[5]。

Kp、Ki和Kd3个参数的作用分别是：（1）比例系数Kp：加快系数响应速度，提高系统调节精度；（2）积分系数Ki：消除系统稳态误差；（3）微分系数Kd：改善系统动态特性[6]。

总结人工整定经验，结合操作历史数据和理论分析结果，可归纳出e和ec与Kp、Ki和Kd 3个参数间存在如下关系[7-8]：（1）当︱e（k）︱较大时，加热系统响应速度快，系统应设置较大的Kp，从而减小系统的时间常数和阻尼系数。当然Kp也不得设置过大，否则整个系统将不稳定；为避免在系统刚开始工作时，引起超范围控制作用，Kd值应设置较小，使系统响应加快；为避免系统出现较大的超调量，积分作用可以除去。（2）当︱e（k）︱处于中等大小时，系统应设置较小的Kp，使系统响应的超调量稍小；整个系统中Kd的取值较为关键，为了使整个系统的响应速度得到保证，Kd的取值要恰当；此时Ki取值可适当增加一点，但不得过大。（3）当︱e（k）︱较小时，为使系统达到良好的稳态性能，Kp和Ki的取值可以较大，为避免系统在平衡点出现振荡，Kd的取值要恰当。

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2.2模糊控制规则的建立

本系统采用温度误差e和误差变化率ec作为输入语言变量，温度控制量u作为输出语言变量，模糊控制规则就是对参数Kp、Ki和Kd进行调整的规则。针对该系统的控制要求和特性，可以列出响应的参数Kp整定规则如Kp的模糊规则表（表1）。

2.3模糊控制算法的程序实现

温度误差e有下列3种情况：（1）e≥5 ℃，取值为 +5 ℃；（2）e≤-5 ℃，取值为-5 ℃；（3）-5 ℃

3饲喂装置温控系统的软件系统设计

3.1温度控制的软件设计模块

系统软件设计主要3大模块。（1）温度采集模块：MAX 6675 热电偶信号转换器的输出作为单片机的外部中断0输入，根据高电平的时钟周期个数判断温度值。（2）信号输入模块：根据采样值和温度设定值，通过模糊自整定PID算法，改变输出型号的占空比来控制继电器的通断。（3）输出模块：包括显示程序、键盘输入程序以及报警装置等。

3.2温度控制的软件流程

温度控制的系统软件流程如图3所示。

3.3温度控制模糊自整定PID算法的软件实现

本系统采用数据处理且人机交互能力强的C51作为开发语言，利用MAX6675热电偶信号转换器与单片机进行通信，实时对现场温度信号进行读取。整个温控系统的软件编写首先需要设定加热的目标温度T（k），系统开始加热后，实时对温度数据t（k）进行采集，同时对温度数据加入PID算法中计算。通过比较实时温度和目标温度之间的误差，计算出e和ec。程序在执行该步骤后，调用模糊PID自整定模块，通过模糊控制规则的查表、运算及结果的处理，完成PID参数的在线自整定。

4结论

本研究根据奶牛饲喂装置的温控要求，设计了利用单片机AT89C52作为模糊自整定PID现场控制装置对温度进行智能控制。通过现场测试，采用模糊自整定PID系统整定的Kp、Ki和Kd的参数值对温度控制具有结构简单、软件实现容易、编程量小、系统性能稳定、控制精度高等优点。

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民品保温箱温控模块设计 第7篇

1.1 电子整机类的温度级别

民品级:0℃～40℃;工业级-40℃～55℃;军品-55℃～85℃, 电子技术指标相同的工业级产品的价格是其民品级产品的价格几倍甚至十倍以上, 根据气象资料在我国北方地区的常年极限温度是小于40℃的, 设计一个保温箱在箱外温度-55℃～45℃的条件下箱子内部温度在0℃～40℃, 从而引出温度控制模块的技术目标0℃～40℃。

1.2 保温箱温度控制模块的具体技术指标

(1) 温度≥35℃启动排风、≤25℃关闭排风 (温度太高启动排风降温、温度下降停止排风) 。

(2) 温度≤5℃启动加热、≥20℃关闭加热 (即温度太低启动加热、温度回升停止加热) 。

(3) 可以手动启动加热 (开机时如果温度过低, 可以手动强制加热) 。

2 温度传感器的选择

本设计选择电压集成性温度传感器LM35, 其输出电压Uout与摄氏温度成正比, 输出电压与温度的关系为:Uout=10t式中:Uout的单位:mV;t的单位℃, 无需外部校正, 测温范围-55℃～155℃, 精确度可达0.5℃, 完全满足本温度控制模块对温度精度的要求。

3 电路设计与原理说明

3.1 温度采集与放大电路

温度采集与放大电路如图1所示, 用于采集温度信号和放大温度信号。

原理说明:J5用于连接温度传感器LM35, 可以将接线延长, 让温度传感器放在保温箱内温度最高的地方, 采集到的温度信号经过运放IC1的放大得到放大后的电压信号T-sig, 放大倍数为undefined

式中:Uout的单位:mV;t的单位℃。

当温度为5℃时, 放大后的温度信号电压为1.05V, 当温度为35℃时, 放大后的温度信号电压为7.35V。运放供电电压12V满足其线性区工作的要求。

3.2 温控功能电路

温控功能电路如图2所示, 原理说明:

图中J4用于联通加热装置, 该采用PTC陶瓷发热元件与波纹铝条经高温胶粘组成。该类型PTC加热器有热阻小、换热效率高的优点, 它的一大突出特点在于安全性能上, 任何应用情况下均不会产生如电热管类加热器的表面“发红”现象, 从而引起烫伤, 火灾等安全隐患。主要应用于空调机、干衣机、暖风机、汽车等需要提供暖风的设备上;J1用于连接向外排风风扇, 型号120*120*25-24VDC风机;J1用于连接内循环风扇, 同时是PTC加热器散热风扇, 型号60*60*20-24VDC风机

(1) 温度信号T-sig经过R4和R10的分压后与基准2.5V经过比较器IC2A (LM393) 产生过温排风信号 (高电平) , 使Q2导通从而接通散热风扇和内循环风扇, 图中R13用于产生滞回比较器的回差即温度≥35℃启动排风≤25℃关闭排风中35-25=10℃对应的电压, 可以通过调试获得确切参数。

(2) 基准电压2.5V通过R2和R3的分压后与温度信号T-sig经过比较器IC2A (LM393) 产生过温加热信号 (高电平) , 使Q1导通从而接通PTC加热器散热风扇和J4给PTC加热装置供电加热, R14用于产生滞回比较器的回差即温度温度≤5℃启动加热≥20℃关闭加热20-5=15℃对应的电压, 可以通过调试获得确切参数。

(3) 刚开始接通电源的同时如果环境温度过低造成集成芯片不工作, 可以按下按键SB1强行加热, 当温度升高后, 电路就可以正常工作。

4 结束语

本文所描述的产品是作者给大唐无线分公司所做的DUM01保温控制电源箱中的温控模块, 经过用户的实验验证, 满足环境温度为高温时箱内外温差<2℃, 环境温度为低温<0℃时, 箱内温度≥5℃的用户要求。进过批量生产, 产品性能稳定可靠。

摘要：介绍了保温箱温度控制模块的技术指标, 温度传感器的选择, 电路原理分析, 体现了用最简单电路设计符合用户要求的产品的设计思想。

关键词：温度控制,技术指标,电路原理

参考文献

[1]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社, 1997.

智能温控仪的优化设计 第8篇

现今社会从工业生产到生活的方方面面, 温度控制仪表的应用越来越广泛。特别是以单片机为核心的智能数显温控仪由于其显示直观清晰、测控稳定可靠在市场上所占比例最大。本设计中的温控仪以宏晶STC51单片机为核心, 以最简单的外围电路实现测量、显示、控制功能。结合对测量电路的优化设计, 配合软件及工装实现了较高精度以及生产过程的自动标定。

2 仪表组成

系统由电源供电、单片机最小系统、LED显示及驱动、键盘、AD转换电路、控制输出电路、串行通信电路组成。此系统基本上已是通用设计应用, 已比较广泛不再赘述, 系统设计中在保证系统的可靠性和精度的前提下尽量缩减成本, 同时通过优化设计提高仪表各个方面的性能能。。下下面面简简述述一一下下优优化化部部分分的的硬硬件件组组成成。。

2.1单片机选用宏晶科技51内核STC系列单片机, 在国产低成本的优势之外STC单片机应用ISP/IAP (在系统/在应用编程) 技术使片内程序存储器可作为EEPROM使用, 设计中外部无须再连接片外数据存储器;同时无需专用编程器可通过串口直接下载用户程序, 同时芯片封装可选用体积较小的QFP贴片, 降低了线路板体积, 提高抗干扰能力。其内部集成了MAX810专用复位电路也简化了外围电路。此外此系列单片机超低功耗、超强抗干扰、高抗静电的特性也是设计中选择的重要原因。

2.2 AD转换电路使用555定时器组成多些谐振荡器以实现电压到频率的转换。其特点同样是简单实用, 结合单片机程序设计可以达到较高精度。同传统AD转换电路相比具有低成本和抗干扰性强的优点。VF电路频率输出端直接接入单片机计数器外部输入端P3.4。计数器T0可工作在中断方式, 在16位计数器溢出的情况下在中断中增加内部存储器作为计数器的高位, 可大范围提高测量部分的频率范围最终提高AD部分的测量分辨率。

2.3 为了提高系统测量稳定性及精度在电路设计中我们应用了一片模拟开关电路CD4051。CD4051相当于一个数字控制的单刀八掷开关, 其应用于AD转化电路前相当于将AD转化扩展到了八路。在此处扩展的主要作用有两个:

其一, 在扩展出的输入上接入零点 (模拟地) 和一路标准电压。其作用是每次测量温度时同时测量零点和量程作为参照, 这样就可以完全杜绝VF转换电路的时飘和温飘等不稳定因素, 在提高测量的稳定性的同时也降低了对555定时器及其周边器件的要求, 在低成本的前提下实现较高精度及稳定性。

其二, 一般温控器的传感器有多种类型如热电偶、热电组、mv信号、4-20ma信号等, 如果将这些信号接入同一个点可能导致信号调理电路互相影响或者说增加了信号调理电路的复杂程度, 而目前的模拟开关电路可以使不同的信号独立接入相互独立的开关上, 测量时由单片机选择相应传感器即可。具体电路见图1。

3 软件设计

软件设计部分包含显示驱动扫描、键盘扫描、中断处理、计数器处理 (AD转换) 、串行通讯、温度计算、温度控制 (数字PID算法) 、自检、自动标定等一系列程序模块。文中着重介绍和硬件优化设计有关的部分。

3.1 AD转换部分:

每次的AD转换分时转换三次, 第一次单片机IO输出选中模拟开关中地线对应的接入点, 此时通过测量VF转换得到零点计数值X0;第二次单片机IO输出选中模拟开关中标准电压对应的接入点, 此时得到标准电压计数值X1;第三次单片机IO输出选中模拟开关中模拟输入对应的接入点, 此时通过测量VF转换得到计数值X;对应的AD转换结果应为y= (x-x0) / (x1-x0) *标准电压。此电压值通过查表可得到对应的温度值。温度电压表通过自动标定程序获得。通过查表方式从根本上解决了温度测量调理电路和VF转换电路带来的非线性, 软件中无需再增加非线性调整部分的设计, 但传感器及其电路的线性越差标定时需要的标定点就会越多。由于模拟开关的引入使系统测量部分AD转换的时间增加了三倍是本设计的一个缺点。

3.2 自动标定部分:

生产过程中通过特殊操作使仪器进入自动标定流程, 仪表首先运行自检程序, 自检结束进入自动标定流程。以传感器为热电阻PT100的自动标定为例:温控仪自检结束LED显示100提示接入标准电阻箱的阻值调至100欧姆 (或者温控表和工装通过串口连接, 工装接受串行口传送数据自动接入标准电阻100欧姆) 。待显示屏温度显示稳定后按下确认键此时温控仪记录此时的AD值和对应温度生成表中的一个点。依此类推可得到完整的电压温度表供实际使用时查询。标定结果可以直接显示在LED屏, 上也可通过串口连接管理微机实现生产管理自动化。

结语

本设计立足于低成本, 经过优化设计、软硬件结合, 在低成本基础上达到了较高的精度、稳定性和抗干扰性能。以上设计应用于实际生产有较大优势:降低了对原器件的要求, 自动标定程序能在较大范围内对误差进行调整和自动修正;降低了生产工人劳动强度, 把工人从以往繁琐的仪器标定中解脱出来, 降低了劳动力成本;由以往单纯测量改为比对方式提高了仪表在后续的使用中的长期稳定性, 减少了仪表的售后服务工作, 延长了仪表寿命。产品可广泛应用于工业生产控制过程以及商用家用等各个领域, 具有较高的应用价值。

参考文献

[1]杨天怡, 黄勤.单片机原理及应用.北京:清华大学出版社, 2010.

[2]赵国相.微机测控系统实训教程:调速与控温[M].吉林:吉林音像出版社, 2010.

温控箱远程监控系统软件设计 第9篇

随着计算机技术的快速发展, 各行业技术的相互交流渗透, 数据采集与控制系统广泛的运用于传统工业生产各领域。本系统采用RS232通讯接口与各类设备的可编程控制器交互, 实现了各类数据的采集与记录, 并且可对温控箱进行起停控制。由于使用Windows API编程非常繁琐且不易调试, 本系统采用C#语言在Visual Studio 2010环境下编程。Microsoft.NET平台集成了大量的库类, 使得程序员可以快速地编写各种基于Win dows的应用程序, 本文主要采用了Serial Port类与Thread类实现串口通讯编程与多线程处理[1]。

1 系统结构设计

1.1 系统框架

整个系统由接口及协议转换模块, 上位机软件模块和后台数据库模块三个模块组成。

系统框图由图1所示。

1.2 工作方式

针对不同的PLC需要不同的读写指令格式, 通过上位机负责编辑并发送各种指令来控制整个系统工作, 接口及协议转换模块负责指令和数据的收集和分发以及上传。通过CAN总线和串口通讯两次协议转换来传递指令到对应的PLC上。通过读写PLC的内存地址, 实现对温度和状态数据的采集以及对温控箱的运行状态的控制。采集的数据经由上位机分析校验后保存至数据库并实时显示于界面上。

1.3 自定义数据格式

由于所采集的数据和指令种类繁多, 包含各监测点温度、基本工作状态、异常信息、以及控制指令和上位机与协议转换器的内部交互指令, 故通过自定义数据格式来承载所必要的信息标识。数据格式如图2所示。

所图所示, 数据帧类型代表该条数据帧的定义, 以区分是温度、状态、控制指令或者其他指令;CAN总线地址代表与PLC相连的协议转换器在CAN总线上的地址, 由协议转换模块上的拨码开关设定, 实现对温控箱的唯一标识;PLC数据地址代表需要读取或者写入的数据在PLC的内存地址;由于各类型PLC的数据存放地址长度不一致, 故在PLC数据地址和数据值之间加入分隔符以区分地址与数据;数据值为所要读取或者写入的数据;最后, 本数据帧采用两位和校验来检验数据的正确性。例如:数据帧$A01IR0400, 0079#44, ‘$’和‘#’分别作为起始和结束符, ‘, ’作为分隔符;第二位‘A’代表该帧数据为温度数据帧, “01”代表是CAN总线地址为01号的温控箱, “IR0400”代表该温度数据所存放的PLC内存地址, “0079”代表当前该温度值为79摄氏度, 最后“44”为两位和校验码。

2 上位机软件设计

本软件以Windows XP Embedded作为操作系统, 数据库采用Microsoft Access 2010。上位机软件部分主要由数据库模块、数据采集功能模块和设备控制功能模块三部分构成。系统的主界面如图3所示, 分为控制区域、状态区域和数据区域。

2.1 数据库模块

数据库中建立了多张表, 包括设备信息表、数据信息表、状态信息表、数据记录表、工作日期表以及用户信息表等等。其中主要的设备信息表中包含了总线地址、所属车间、温控箱名称、PLC型号等字段;数据信息表中包含CAN总线地址、数据名称、内存区域、起始通道、位地址等字段;数据记录表中包含总线地址、设备名称、数据名称、实际数值和采集时间等字段。同时利用微软提供的OLEDB应用程序接口来读写、查询数据库实现对数据的读取、保存、修改、查询、输出等[2]。

2.2 数据采集功能模块

数据处理流程如图4所示。

软件启动后, 先从数据库中的设备信息表和数据信息表中读取设备信息以及所要采集的数据的信息, 包括PLC型号和各数据地址以及通道长度等, 同时针对不同型号的PLC将数据信息表中的各个字段用事先定义好的方式组合成的各种控制命令, 将各类数据初始化为设备对象的成员变量, 方便快速地调用。然后利用Serial Port类初始化一个串口对象, 串口参数默认从配置文件中读取, 用户也可修改串口参数, 以满足通信要求。本软件采用多线程编程技术, 将数据接收与数据处理过程分离。数据接收线程负责读取串口缓存区的数据并转移到数据队列中[3]。数据处理线程将数据队列的中的数据提取出来处理, 数据通过完整性校验后, 通过对数据帧中包含的总线地址和内存地址的信息与设备对象的成员变量的数据信息匹配, 通过后分别调用各对象实例的数据处理函数, 实现对不同设备不同的数据的显示和保存。采用多线程处理技术, 极大的提高了数据处理能力, 提高了运行效率。

2.3 设备控制功能模块

系统的控制功能主要是通过对PLC的内存写入来实现控制温控箱的运行状态。由于各温控箱使用的PLC型号各异, 控制指令的内容也大不相同。本软件通过读数据库中的指令信息表, 针对不同的PLC类型通过函数编写出各自的控制指令[4]。为确保在传输过程中控制指令的正确性, 采用上位机将控制指令通过自定义协议打包后发送至协议转换器, 转换器校验通过后只需将起始结束符以及校验码拆包后即可直接转发给PLC。为确保控制指令正确执行, 系统建立了控制反馈机制。在发送完指令后, 上位机将立即读取相应的设备状态, 检测PLC是否做出相应的动作, 若未正确执行, 上位机将再一次做出控制动作, 以确保指令执行到位。若多次控制无效, 则会做出相应的提示并记录保存。

3 扩展功能

3.1 定时启动

工厂车间传统的工作方式是将温控箱24小时不间断工作, 以保持温控箱供热使设备达到最佳的工作温度, 但在流水线停止工作时段, 继续恒温便造成了能源的浪费与设备的额外损耗。本系统加入定时启停功能, 可以根据预先设定好的工作计划表, 做出定时启动的动作。在流水线开始生产前, 启动温控箱, 提前将温度加热到最佳工作温度, 确保不耽误正常生产, 并且在流水线停止生产后定时停机, 达到延时关闭温控箱的目的, 实现了能源的节约以及减少设备损耗, 降低了生产成本, 带来了良好的经济效益。

3.2 数据分析

通过系统不间断的采集生产系统的各类数据, 并人为预先的输入一些规则, 比如设定各类数据的正常范围, 软件可以分析和记录下异常数据的类型以及发生的时间, 并且通过各类数据的图标导出, 可以方便直观的帮助维护人员分析和诊断故障, 以便快速的解决异常现象。

4 结论

通过更改在数据库中所保存的数据信息, 输入正确的数据内存地址与通道长度, 可实现对温控箱内部任意数据的采集, 使得系统的扩展性和灵活性得到增强。同时建立异常处理机制和使用软件看门狗[5], 对整个监测系统各功能模块可能会出现的异常采取自恢复处理或者错误消息保存方案, 极大的提高了整个系统的稳定性与安全性。本软件经过长期现场测试, 结果表明系统各项功能运行正常, 较好的满足了数据采集系统对上位机软件的要求。

参考文献

[1]Christian Nagel等著:李铭译.C#高级编程.北京:清华大学出版社, 2010.11.

[2]曾建华.Visual Studio 2010 (C#) Windows数据库项目开发[M].北京:电子工业出版社, 2012.

[3]刘凯, 周云耀.C#串口通讯时丢失数据的一种解决方法[EB/OL].中国科技论文在线, 2008.

[4]范永胜, 徐鹿眉.可编程控制器应用技术[M].北京:中国电力出版社, 2010.

基于感知的温控奶箱设计 第10篇

一、硬件组成总体方案设计

一是设计奶箱的整体逻辑框架, 利用Arduino单片机的开源硬件, 综合前人的代码编写, 进行修改、添加, 在面包板上试验达到预想的效果。二是制作电路板并测试, 使得整个系统实现功能。三是制作实物模型, 将电路板和整个传感器进行联调。整个逻辑框架主要包含以下的八个模块 (见表1) 。

二、安装调试

(一) 安装注意事项。

1.奶箱组装。奶箱组装就是把温度传感器模块、半导体制冷模块、RFID电磁锁模块、电路机模块等组装成一套完整的奶箱 (如图1所示) 。

2.接线连接。接线连接就是用导线连接温度传感器模块、半导体制冷模块、RFID电磁锁模块和电路机模块。注意电源接线不能接反, 否则容易烧毁器件, 不同器件的接线方法也不一定相同。

(二) 调试注意事项。

1.OLED调试。对于OLED调试, 需要将所需显示的字通过取字模软件, 转换成16进制的数据, 存放在数组中, 然后调用OLED显示程序进行显示。

2.ds18b20温度传感器调试。对于ds18b20温度传感器, 在本文中我们只用到了其中的两根线, 分别是中间的数据线和地线, 其接线图如图2所示。

3.RFID调试。对于RFID调试, 只需要将SCK、MISO、MOSI、SDA (在RC522中即为CS) 、RST这几个引脚与单片机相应的6、7、8、9、A3接口进行相连就行。其他多余的引脚可以悬空, 从而可以节省单片机有限的引脚资源。

4.TCRT5000红外对管收发调试。TCRT5000红外对管收发管调试时, 需要用到单片机的模拟口进行数据的采集。然后将采集到的数据量化成相应的电压值, 通过判断反射不同的电压数据值来进行鉴别。其接线图如图3所示。

三、系统整体功能

整体功能流程 (如图4所示) :送奶员刷卡把牛奶放入奶箱后, 光电传感器会检测到奶箱内已经放入牛奶, 此时温度传感器开始对奶箱内的温度进行采样, 并与设定的温度进行比较, 如果箱内温度高于设定的温度, 半导体制冷片就会自动开启制冷;当用户取出牛奶后, 系统会感知到奶箱内已经没有牛奶, 就会自动停止制冷, 实现了只有在奶箱内有奶且温度高于设定温度才会开启制冷的效果。不仅保证了牛奶的新鲜, 而且达到了节约能源的效果。温控奶箱的结构框图如图2所示, 其工作原理为:当RFID感应器被射频卡唤醒后, 就将射频卡的卡号和单片机内部存储的数据进行比较, 若卡号相同, 则单片机给继电器2端口上电, 继电器吸合, 外部电源给电磁锁供给12V电源, 使得电磁锁得电吸合, 奶箱门打开。当送奶员将牛奶放入箱体内后, 光电传感器发出的光遇到牛奶外壳后反射, 给单片机返回一个高电压值, 单片机就能判断牛奶已经放入箱体, 从而给继电器1端口上电, 继电器吸合, 外部电源给帕尔贴供给12V电源, 帕尔贴开始制冷。在整个过程中, 温度传感器不间断地采集箱体内的温度, 通过奶箱门上的液晶显示屏显示。

四、关键技术的实现

(一) 奶箱散热的实现。奶箱的外壳使用了铝制外壳, 利用金属铝的导热特性来进行散热, 箱体的制冷内胆和外壳加上绝缘处理, 使得制冷所制造的热量能及时通过大面积的铝壳散出去, 从而达到很好的节能和制冷效果。我们通过温度传感器可以非常精确地实时监控箱体内的温度, 从而更好地给牛奶保温。考虑到铝制外壳周围温度较高的时候, 无法实现自发散热, 在外壳的顶部另加了一个散热片, 并通过风扇将热量强制性散去。

(二) 整体模块稳定的实现。整体功能要把温度传感器模块、半导体制冷模块、RFID电磁锁模块等组装成一个完整的系统, 然后进行系统性的联调。对于单一模块的调试比较简单, 但是一旦将整个系统的各个模块都合并起来就变得复杂起来, 要考虑各部分之间的相互影响。经过不断的调试, 预想功能得到了实现, 但系统也仅在室内进行调试, 能达到稳定工作的效果, 相对于比较复杂的外部环境来说, 我们并没有进行全面的实验。系统功能的实现不仅要考虑软件上的问题, 更多要考虑硬件上的一些复杂问题, 这里面有许多和物理相关的知识, 例如金属的导热性、散热的条件、还有一些更加复杂的电磁感应、静电屏蔽等问题。

五、结语

多功能奶箱利用制冷半导体制冷以降低箱内温度, 实现了箱内温度的可选择性, 使牛奶在天气炎热时保持新鲜和营养。并能有效节约大量能源。以前的奶箱多以机械锁为主, 此项目中使用RFID电磁锁使奶箱更加安全, 用户和送奶工开启也更加方便。该控制系统具有高度智能、绿色节能, 且性能稳定可靠等优点。

摘要：物联网这个概念自从2009年被温家宝总理提出以来, 短短数年已经融入到现代社会的各个方面, 成为一种社会发展的主流趋势。本文介绍了一种多功能智能奶箱的制作, 利用射频识别技术、半导体技术、温度传感技术和光电检测技术等物联网技术, 实现奶箱制冷的智能化和管理的人性化。

关键词：温控奶箱,智能制冷,半导体制冷片

参考文献

[1]郭天祥.51单片机c语言教程[M].北京:电子工业出版社, 2008

[2]杨志忠.数字电子技术[M].北京:高等教育出版社, 2008

水工混凝土温控防裂措施研究 第11篇

摘要：本文通过水工混凝土的特点，说明水工混凝土裂缝的类型、产生原因及危害，从材料方面，结构方面，施工方面，综合管理方面提出混凝土温度防裂措施。

关键词：水工混凝土 温控防裂措施 研究

1 水工混凝土的特点

无论何种混凝土坝型，就其尺寸和体积来说，都是大体积混凝土。大体积混凝土由于水泥水化过程中产生的大量水化热不易散发，浇筑后初期，混凝土内部温度急剧上升引起混凝土膨胀变形。此时的混凝土弹性模量还很小，因而在升温过程中由于基础约束馄凝土膨胀变形而产生的压应力很小。但随着混凝土龄期的增长，水化作用逐渐减弱，水化热逐渐减少，同时混凝土的强度和弹性模量逐渐增大。而此时混凝土的温度逐渐降低，混凝土发生收缩变形时又受到基础的约束，收缩变形就会产生相当大的拉应力。在分析计算混凝土块体温度应力时，由于升温阶段的压力很小，往往可以忽略不计。因此大体积混凝土一方面后期降温的拉应力很大，另一方面混凝土是抗拉强度仅为抗压强度一的脆性不均匀体，因而抵抗温度拉应力的能力很低。当拉应力或拉伸应变超过混凝土抗拉强度或极限拉伸值时就会产生温度裂缝。

2 裂缝的类型、产生原因及危害

混凝土坝发生裂缝的主要原因，是温度和湿度的变化、混凝土本身的脆性和不均匀性、以及分缝分块不恰当和结构形式不合理等等。此外原材料不合格、模版变形和基础不均匀沉陷，也会引起裂缝。不过混凝土最常见的裂缝，主要还是温度裂缝。混凝土坝的温度裂缝，按其发生的部位和深度，原因即性质主要分为以下几种。

2.1 表面裂缝 表面裂缝是大体积混凝土最常见的裂缝，分为竖向活水平向，即位于浇筑面顶层或水平施工缝上，其长度或深度一般较小，为贯穿整个仓面或浇筑层。表面裂缝多发生在大坝施工过程中，多为气温骤降作用引起，以混凝土龄期最容易出现。表面裂缝危害一般较小，但也视发生的部位和坝体内温度状态而定。如果位于基础约束区及上游面等敏感部位，且坝体内温度较高，需作适当处理，以防止其继续发展和恶化成为基础贯穿或深层裂缝。

2.2 基础贯穿裂缝 基础贯穿裂缝发生于坝块基础部位，裂缝宽度较大，深度穿过一个甚至几个浇筑层。这类裂缝一般发生于坝块后期的整个降温过程中，或长间歇的基础约束区混凝土受气温骤降及内部降温的联合作用引起。裂缝宽度为上大下小。基础贯穿裂缝危害性最大，影响坝体的整体性与安全。因为这种裂缝一旦发生在坝体的横断面上，就会把坝体分割成独立的块体，坝的整体性即遭到破坏，使坝体应力将发生变化并重新分布，特别是反应在上游坝踵处，将出现较大的拉应力，影响坝的稳定，直接危害坝的安全。如果这种缝发生在坝的纵断面上，当其与迎水面相通时，还会引起严重的漏水。因此，防止基础贯穿裂缝是大体积混凝土温控的主要目标。坝体一旦发生此类裂缝，必须查清原因，认真处理，消除影响并防止其继续发展。

2.3 深层裂缝 它仅限于坝块表层，但其深度及长度较大，贯穿了整个仓面及浇筑层。由于其位于坝块表层，又是从表面开裂发展而成，也叫做表面深层裂缝。此类裂缝发生于大坝施工过程中，多为长时间间歇顶面受气温骤降作用，或长期暴露受内外温差和气温骤降联合作用引起此外，还可由浇筑层底部不平整成台阶状引起。这种裂缝施工现场中比较常见，要根据发生的部位和裂缝危害性，坝体内温度状态和边界条件，作妥善处理，防止其继续发展形成基础贯穿裂缝。

2.4 网状裂缝 网状裂缝一般发生在混凝土块体的暴露面，裂缝的形态与分布很不规则，且深度极浅，主要由于浇筑后养护不善造成，尤其是高标号混凝土早期更容易出现这类裂缝。网状裂缝主要由于块体表面混凝土干缩引起，本身危害不大，但当混凝土干缩与降温收缩相叠加时，就会产生危害性较大的裂缝[1]。

3 混凝土温度控制及防裂措施

3.1 材料方面

3.1.1 提高混凝土抗裂能力

混凝土配合比设计和混凝土施工应保证混凝土设计所必需的极限拉伸值或抗拉强度、施工均制性指标和强度保证率，有条件时还要优先选用热膨胀系数较低的砂石料。由于温控防裂设计的安全储备远小于结构设计，而且实际施工中混凝土施工均制性有时较差，所以在施工过程中，除满足前述设计要求的混凝土抗裂能力外，还应改进混凝土施工管理和施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

3.1.2 控制混凝土水化热 控制混凝土水泥水化热主要通过采用发热量低的中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，选择较优骨料级配和掺粉煤灰、外加剂，以减少水泥用量和延缓水化热发散速率等措施。

3.1.3 控制混凝土自身体积变形 采用微膨胀混凝土能补偿部分混凝土温降引起的收缩变形，与此相反，混凝土自身体积变形为收缩者将增大混凝土出现裂缝的可能性。目前控制混凝土自身体积变形使其具有一定膨胀性，主要可以采用以下措施低热微膨胀水泥混凝土[2]。

3.2 结构方面

3.2.1 选择合理的结构型式 实践经验证明，现有的混凝土结构裂缝，绝大多数与温度应力有关，结构型式选择恰当，就可能减少温度应力，从而减少裂缝。在寒冷地区修建薄拱坝和支墩坝，由于厚度较小，受外界气温的影响较大，容易产生温度裂缝，对于防止裂缝是不利的。

3.2.2 适当分缝分块 根据坝址气候条件、坝体结构特点、施工机械及施工温控水平，并考虑温控措施合理配套，对大坝进行合理分缝分块，在混凝土结构内设置一系列纵横缝。根据目前己有的经验，横缝间距以巧为宜。纵缝是平行于坝轴线的接缝，有直缝、斜缝和错缝等几种型式。实际经验表明，错缝在坝体降温过程中容易被拉开，一般不宜采用。

3.2.3 配置钢筋 大体积混凝土的裂缝，主要由温度应力和干缩应力产生。由于钢筋不会干缩，钢筋的存在会阻止混凝土的干缩变形，使混凝土内干缩应力增加，所以不能用钢筋来防止干缩裂缝。在坝块常温和允许应力范围内，当混凝土达到极限变形时，混凝土内钢筋的应力仅约为。因此要配置大量的钢筋方可防止温度裂缝，这在经济上显然是不能接受的，但配筋确实是可以限裂的。例如在预计要长期暴露的混凝土层面或过水度汛的混凝土面，在其表面配置适当数量的钢筋网，可以防止贯穿性或深层裂缝的产生。也有一些混凝土坝为加强上游面的抗裂能力，在上游面设置钢筋网[3]。

3.3 施工方面

3.3.1 合理安排混凝土施工程序和施工进度 合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂缝，减少表面裂缝的主要措施之一。施工程序和施工进度安排，应满足如下几点要求基础约束区混凝土在设计规定的间歇期内连续均匀上升不应出现薄层长间歇。基础强约束区混凝土应在低温季节浇筑施工。其余部分基本做到短间歇连续均匀上升。相邻块、相邻坝段高差符合规范允许高差要求。

3.3.2 控制坝体最高温度 应采取必要温控措施，使坝体实际出现的最高温度不超过坝体设计允许最高温度。控制坝体实际最高温度的有效措施是降低混凝土浇筑温度、控制混凝土水泥水化热温升。

3.4 综合管理方面 温控防裂工作是一项复杂的系统工程，除了从配合比设计、拌和、浇筑、冷却通水、养护外露面保温几个环节做好工作外，合理安排仓位、科学配置资源、加快入仓速度及加强仓面保护等对混凝土温控也有重要作用。

参考文献：

[1]赵代深.混凝土重力坝的温度应力[J].土木工程学报.1993年8月.

[2]李承木.约束混凝土的温度防裂性试验研究[J].四川水力发电.1993年8月.

微小型智能温控器设计与试验 第12篇

本文提出的微小型智能温控器技术适应于控温路数要求较少、安装灵活便捷的分布式控温场合, 如CMOS小相机系统。该控温器精度高, 性能可靠, 体积小, 质量轻, 自身结构简单易于安装, 易于形成灵活的控温网络结构, 实现分布式控温, 试验表明该微小型智能控温器控温效果良好, 能够满足空间相机的控温需求。

1 温控器电路设计

微小型智能温控器 (以下简称温控器) 包括以下几部分:控温预置电路, 智能控温电路及驱动输出电路和反馈检测电路组成, 如图1所示。控温预置电路接受外部设备提供的温度设置数字信号, 主要由DA转换芯片组成, 将数字信号转化为后续电路使用的模拟信号。智能控温电路及驱动输出电路是控制的核心部分, 主要由PWM控制芯片和MOSFET组成。驱动输出电路直接连接被控对象, 实现闭环管理和控制信号输出功能。反馈检测电路实现对控制对象实时温度的采集, 主要由热敏电阻组成。下面将分别详细介绍控温预置电路, 智能控温及驱动输出电路及反馈检测电路的设计。

1.1 控温预置电路设计

控温预置电路的主要器件是一个接收16位串行数字量的DA转换器, 具有VCC, GND, 门控, 时钟, 数字量输入, 基准电压参考REF, 转换电压输出Vout等引脚。DA转换器的供电和基准电压由PWM控制芯片提供。DA转换器的时钟频率最大为25MHz, 输入的时钟信号一般选择10MHz到15MHz之间。DA转换器接收外部设备提供的门控使能信号, 时钟信号和16位串行数字信号。数字信号采用串行数据输入, 有利于减小温控器的体积。

门控信号下降沿使能DA转换器, 在门控有效期内, 时钟上升沿时刻, 16位数字量DATA被依次读入内部缓冲区, 当16个时钟信号结束, 门控信号由低电平变为高电平, 16位数字量进行DA转换, 输出电压模拟量

其中REF的取值范围在2V至5V之间, 理论上细分精度可以达到0.1m V。Vout表示了温控器的目标温度值。DA转换器的使能信号、时钟信号和数据的时序图如图2所示。

1.2 智能控温电路及驱动输出电路设计

控温电路由PWM控制芯片和MOSFET组成。PWM控制芯片的工作电压为8V~35V, 由外部输入提供。PWM控制芯片能够输出脉宽调试信号 (PWM) , 选用电压型控制芯片。温控器通过改变PWM信号的占空比, 从而控制MOSFET的通断时间, MOSFET导通时给被控对象加热, 断开时停止加热。加热控制所需能量E=W×T, 温控器改变对被控对象加热的时间T达到改变被控对象温度的目的。从而达到控制温度的目的。控温电路及驱动输出电路的原理图如图4所示。

PWM控制芯片通过内部的振荡器产生一个锯齿波电压作为载波信号, 参考电压和反馈电压通过内部误差放大器比较并输出误差电压, 此误差电压作为调制信号, 载波信号和调制信号叠加用于确定脉宽调制波的占空比。反馈电压越高, 输出脉宽的占空比越小, 反之越大。参考电压是DA转换器的输出Vout, 即温度设定的电压值。反馈电压是温度采样信号, 通过附着在被控对象表面的热敏电阻阻值变换得到电压值, 经过滤波后作为反馈电压输入。输出的PWM控制脉冲频率可由下式计算:

PWM控制芯片的晶振工作频率范围是100Hz到350KHz。其中CT的取值范围是0.001u F至0.1u F, RT的取值范围是2KΩ至150KΩ, RD的取值范围是0Ω至500Ω。

PWM控制芯片的工作电压输入范围是8V至35V, 内部产生一个5.1V的基准源, 通过引脚16输出, 作为AD5541的输出参考电压REF。

芯片的第9脚是补偿引脚, 对地外接电容C4, 可以抑制开关频率附近的增益, 以消除脉宽周期的不对称现象。第1脚和第9脚之间并连加入36K电阻和0.01u F的电容与第1脚对采样信号之间的3.6K的电阻形成比例积分网络。这个比例积分网络对反馈信号进行10倍反向放大, 为内部的PWM比较器提供一个控制信号, 同时积分作用可以消除稳态误差, 达到更好的控温精度。

输出驱动电路主要由MOSFET和PWM控制芯片的脉冲输出电路构成, 当PWM控制芯片输出调制脉宽高电平时, MOSFET导通, 对被控对象加热, 输出调制脉宽低电平时, MOSFET关断, 停止对被控对象加热。PWM控制芯片可以输出两路相位差为180°的调制脉冲, 通过二极管将两路脉冲信号组成或逻辑后驱动MOSFET, 理论上占空比的调节范围可以达到百分之百。

1.3 反馈检测电路设计

影响控温精度的关键指标是测温技术的精度。一般采用的AD转换技术的精度为2n, 其中n为AD的转换位数, 转换位数n越大, 精度越高。只有当n趋近于无穷大时, 精度趋近于0, 无限接近模拟量。那么直接采用模拟量测温可以避免因为AD位数限制带来的误差。模拟量测温的误差因素受到以下几方面的影响。

1.3.1 热敏电阻的选取

热敏电阻是测温环节的关键器件, 但是热敏电阻的阻值随温度的变化呈现非线性态, 增大了温度信号测量和处理的复杂度。由于热敏电阻阻值非线性变化不可避免, 为了提高温控器的控温范围, 应尽量选择阻值变化范围广, 变化率大的热敏电阻, 以某型号热敏电阻阻值随温度变化为例。如表1所示。

1.3.2 测温补偿网络的设计

为了弥补空间相机周围热环境对测温信号的影响需要增加测温补偿网络。该网络应完成对测温信号的非线性补偿或者校正, 对测温信号的滤波, 同时与控温回路形成反馈网络, 达到测温控温稳定的闭环系统。本文采用了π型滤波网络设计, 具有储能滤波的作用。可以消除由于温度缓变和电压值速变带来的误差。如图4所示。

1.3.3 为热敏电阻提供稳定的基准电压

采集的温度变化通过电阻值转换为电压值进行采样。基准电压是否稳定直接影响测温精度及准确性。微小型温控器中由PWM控制芯片提供基准电压5.1V, 变化幅度小于1%, 能够为热敏电阻提供稳定的基准电压。

2 控温试验

2.1 微小型智能控制器功能试验

进行温控器功能试验验证的系统连接图如图5所示, 包括参数设置输出电路、调试电源、模拟源组成。其中电源用于提供温控模块的工作电压28V, 模拟源模拟采样信号提供0-5V连续变化的电压值。

参数设置输出电路提供的门控, 时钟和数据信号通过设置端口对温控模块进行温度设定。给AD5541写入数字量0x AAAA, 根据公式1可以算出设定电压值为3.4V, 根据电阻分压关系和热敏电阻阻值对应温度值可以反推出设定温度值为20℃, 用示波器观察控温电路输出波形。当采样信号远远小于3.4V时, 控温电路单路输出占空比σ接近50%的脉冲。PWM控制芯片能够同时输出相位为180°互补的两路脉冲, 两路同时工作可以得到占空比接近100%的脉冲。图5中红色曲线为设定温度值, 黄色曲线为采样温度值, 蓝色曲线为控温电路输出脉冲。

当采样信号大于3.3V, 并且继续增大时, 控温电路输出脉冲占空比连续降低。当采样信号大于3.4V时, 控温电路停止输出脉冲。

通过上述实验可以看出, 已经实现了调节脉冲宽度的功能, 将微小型控温器与被控设备连接即可实现控温功能。

2.2 工程样机及试验

工程样机电路如图7所示。盒体尺寸为34mm×30mm×13mm, 内嵌电路板, 总重量为33g。引出的红色导线连接电源正端;黑色导线连接电压负端;绿色和粉色导线连接热敏电阻两端;蓝色和黄色连接加热片两端。

对模拟负载在实验室中进行加热。初始温度为室温26℃, 设定温度为30℃。根据热敏电阻阻值随时间的变化记录实时温度, 大约15分钟后, 模拟负载温度基本稳定, 热敏电阻反馈模拟负载的温度在29.91℃~29.93℃范围内变化, 实验结果表明模拟负载达到了目标设定温度, 微小型智能温控器实现了自主控温功能, 精度可达±0.1℃。

4 结论和展望

微小型智能温控器实现了无需软件干预, 自行实现闭环控温的技术。控温效果精度高, 产品体积小。电路设计方面使用PWM脉宽控制芯片替代了传统比较器控制电路, 并且没有软件干预, 系统更为智能简便。产品经过试验验证表明该技术可广泛应用于分布式高精度温控系统。

不过微小型智能温控器存在以下不足。

(1) 微小型温控器适用于温度较低, 需要对被控对象加热的环境。如果工作环境温度较高, 需要降温时, 只能依靠被控对象自身进行冷却。

(2) 该产品尚未参加过飞行试验, 在空间应用的效果有待考验。

参考文献

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