温度控制器范文

温度控制器篇1

【关键词】物联网;变压器;温度控制;STM32F107

前言

电力变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘被破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此，对变压器运行温度的监测、报警和控制是十分重要。由于变压器结构从内到外依次为：铁心、低压绕组和高压绕组，而发热源主要为铁心和低压绕组，外表面的高压绕组由于电流小发热量少，低压绕组电流大发热量大，并且处于内层，不利于散热，所以对变压器的低压绕组温度实时监测十分关键。本文提出的新型的变压器温度控制仪，与传统的变压器温度控制仪相比，采用移动无线通信方式，将温度数据上传到数据中心，运行人员可以实时查看电力变压器实时温度和历史温度，根据分析结果可以调整温度控制仪降温设备预设参数，温控可根据预设的温度定值自动起动变压器降温设备。同时，变压器设计人员可根据运行的历史数据，分析变压器运行特性，为优化变压器设计提供基础数据。

1.温度控制仪的硬件设计

新型物联网温度控制仪主要由嵌入式处理控制模块、温度采集模块、LCD显示模块、键盘设置模块、无线通信模块等组成。温度控制仪通过温度采集模块获得变压器的实时温度，实时上传到数据中心，根据设定的控制方式，进行冷却风机合分闸、超温报警等操作。变压器温度控制仪采用CORTEX-M3 ARM处理器为核心，模块化设计，一体化结构，总体结构如图1所示。

图1 变压器温度控制仪总体结构

嵌入式处理控制模块的处理器选用STM32F107芯片，该处理器采用CORTEX-M3 ARM架构，标准外设包括10个定时器、两个12位AD、两个12位DA、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口和高质量数字音频接口，另外STM32F107拥有全速USB（OTG）接口，两路CAN2.0B接口，以及以太网10/100自适应 MAC模块，运行频率最大可达72MHz，可实现硬件除法和单周期乘法，具备快速可嵌套中断功能，内嵌256KB Flash及64KB的SRAM等。STM32F107具备超强的硬件平台和数据处理能力，使整个温度控制仪的智能化设计更加方便，支持的物联网功能更加丰富。

温度采集模块采集预埋在低压绕组中的Pt100 热敏电阻温度变化值，并转换成嵌入式处理控制模块可以识别的模拟量信号输出，嵌入式处理控制模块通过AD采样和数据处理，得出相应的变压器温度监测值。LCD显示模块由发光LED和LCD显示屏组成，正常情况下显示三相的温度值和降温设备工作状态等，在设置状态下可以设定各项参数，如冷却风机启停预设温度的设定等。键盘设置模块用于就地温度控制仪数据查询和参数设置等操作。无线通信模块选用紧凑的GSM/GPRS模块SIM900A设计，该模块采用SMT封装，基于STE的单芯片方案，性能强大，可以内置客户应用程序，广泛应用于手持PDA、智能抄表与电力监控等众多方向的应用。

它与嵌入式处理控制模块通过串行通信接口相连，实时上传温度控制仪的各项数据，通过移动网络将数据存储到数据中心，并转发用户通过数据中心下发的各项指令。

2.温度控制仪的软件设计

嵌入式处理控制模块实时采集变压器温度，并根据内置条件或者数据中心下发的指令进行冷却风机合分闸、报警等相关操作，所有操作状态均同时显示在LCD屏上，整个温度控制仪的状态通过无线通信模块与物联网进行相连，主函数流程如图2所示。

图2 主函数程序流程图

温度控制仪上电初始化STM32F107内核系统，对芯片一些外设和全局寄存器进行设置，读取存在EEPROM中的配置参数，开始初始化全局变量和超温保护参数，再完成初始化中断和无线通信后，进入主循环，开始执行应用程序任务。温度控制仪软件主要由三个应用程序任务组成：

（1）数据采集测量任务，在此任务中，STM32F107定时启动采样，根据预定的转换系数，实时计算当前变压器的三相温度，扫描开入开出回路，及时跟踪变压器的状态信息;

（2）无线通信任务，STM32F107将采样测量任务中的采集数据结果传递给无线通信模块，无线通信模块通过天线将数据发送到移动网络，上传到数据服务中心;

（3）人机界面处理任务，根据不同的键值进行界面处理，完成参数设置、状态查看等功能。

3.温度控制仪基于物联网的应用

新型变压器温度控制仪是专为电力变压器安全运行设计的一种基于物联网技术的智能远程控制器。温度控制仪监控变压器绕组的温升，能够自动启动冷却风机对绕组进行强迫风冷，并能控制超温报警及超温跳闸输出，以保证变压器运行在安全状态。新型变压器温度控制仪在安装尺寸上和原传统温控仪完全一致，功能上完全兼容传统设备，实现了以下功能：

（1）输入开路及故障自检显示、输出和远传;

（2）冷却风机自动启停输出和远传;

（3）超温报警显示、输出和远传;

（4）超温跳闸显示、输出和远传;

（5）风机手动/自动状态显示和远传;

（6）风机定时启动控制功能;

（7）各种参数本地、远传设置保存，并可以密码保护。

控制仪通过无线移动网络作为通信通道，与物联网数据中心远程通信;数据中心可以采集到各个现场的变压器运行状态、进行数据分析、远程调度、性能优化等等，应用系统框图如图3。

图3 应用系统框图

应用本温度控制仪后，用户可以通过在电脑、PAD或手机上安装一个温控仪应用软件，即可实时查看变压器的温度变化，可以根据历史温度曲线和现场的温度数据对变压器温度进行实时控制，同时变压器厂家可根据各变压器的历史数据，判断变压器运行特性，对变压器历史数据进行设计优化，也可以根据变压器的运行时间和运行状态提醒用户做必要的检修。

4.结束语

本文提出一种基于物联网的变压器温度控制仪，通过无线通信模块与数据中心服务器之间通信，实时远程监测和控制变压器的绕组温度及降温设备工作状态;变压器的温度数据实时存储到数据中心的数据库，通过物联网技术实现数据共享，为用户实时监控和维护提供技术手段，同时为厂家设计和改进提供基础数据。本文提出的变压器温度控制仪智能化高，提高了所控制的变压器的可靠性，克服了现变压器温度控制仪不能远程值守、远程操动、无历史数据的缺点，解决了偏远地区无人值守变压器的远程监控问题，具有实用价值。

参考文献

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[5]郑殿春，王新月，张连星.基于DSP的干式变压器温度控制器的设计[J].变压器：2010，47.

温度控制器篇2

关键词：AD7416；鸡舍温度控制器；测量；保存；报警

中图分类号： TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-04-0278-2

0 引言

随着科学技术的飞速发展，现代化养鸡对温度控制要求也越来越高。而传统的测温电路，其精度比较低，电路也比较复杂，要求工人工作主动性比较高，智能性较差，同时需要进行温度的校准、补偿，并且体积较大，使用不方便，在很大程度上影响了现代化养鸡现场温度控制的实际需要。为满足现代化养鸡的需要，设计出数字温度测量、保存、控制温度系统已经是很迫切的问题之一。

1 总体方案设计

温度检测系统有其共同的特点：环境复杂、布线分散、现场离监控室较远等。若采用一般温度传感器采集信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。然而，由于鸡舍环境比较复杂，各种因素会造成检测系统较大的偏差；信号传输距离远及各种干扰影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。那么如何解决现代化养鸡舍的这些问题，就成为了本系统设计的难点和重点。

1.1 方案选择

设计方案一：利用DS18B20和单片机完成实时温度检测系统的设计。

DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字式温度计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。但是在恶劣的环境下其受到的影响较大，出现检测精度不高，容易受到干扰的毛病。

设计方案二：利用AD7416和单片机完成实时温度检测系统的设计。

在温度测量系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样后进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采取措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片AD7416进行温度测量，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多电路。切该芯片的物理化学性质很稳定，能用作工业测温元件。AD7416的最大特点之一，就是采用了I2C总线进行数据传输，由数字温度测量芯片AD7416和AT89C51构成的温度测量装置，直接输出数字信号。这样，测温系统的结构就比较简单，轻松组建传感器网络。

综上所述，选择设计方案二。

2 温度控制器系统硬件设计与实现

2.1 AD7416的概述及应用

AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包括温度传感器和10位模数转换器，可将感应温度转换为0.25℃，量化间隔的数字信号。用数字温度传感器AD7416设计各种控制系统，体积小、功耗低、编程简单操作方便。芯片带有自动比较、可编程控制输出端OTI，另外，AD7416功耗低，可以编程控制工作与休眠状态的切换，在低功耗系统设计中也有广泛应用。

该设计用到的温堪检测芯片为 AD7416。AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包含有带隙温度传感器和10位模数传感器，具有8引脚SO-8和RM-8封装形式。测温分辨率可达0.25℃可以进行高/低温度门限的设置，具有l2C总线接口等特点,是LM75的升级替代产品。

AD7416 可进行该多级联8片芯片，组成多回路温度检测系统。测量温度范围为-55℃～+125℃。现场温度直接以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等。

2.2 AD7416接口应用

系统中AD7416部分硬件原理图如图1所示，A2、A1、A0接低电平，在八位地址中，高四位为1001表示选中7416，次三位为A2、A1、A0表示的地址，最低位表示读写，所以应用中AD7416 的写地址为10010010B，读地址为10010011B。本例中仅使用AD7416进行测量温度，OTI悬空，没有利用。串行时钟、数据总线对应连接处理器的时钟、数据总线端口。

2.3 主控电路设计

本系统选用STC89C51，可以代替AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。外型：40个引脚，双列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP在线编程功能，而AT89C51则不能。STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其他51单片机的，而51单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、网站、业余单片机培训都是以51单片机为入门教材的，所以，教材最多，例子最多。STC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，等等。

2.4 报警硬件电路设计

任何系统在设计时，都必须考虑到系统不能按照人们预期的模式工作时，怎样才能提醒操作人员。通常情况下设计者会考虑使用蜂鸣器或者发光二极管，该设计采用发光二极管来提示操作人员，系统采集到的实时温度已超出所设定的高低温门限值系统报警电路图。

当系统正常工作时，LED3被点亮，说明AD716采集到的实时温度在高低门限值之间。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时温度超出程序所设定的高温门限时，LEDI被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要开启风机。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时度超出程序所设的低门限值时，LED2被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要给炉子加煤提高鸡舍内温度。

3 温度控制器系统软件设计与实现

单片机的程序设计有其自身的特点.。在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。

软件程序的设计是根据硬件电路圈的连接和各个元器件的功能进行设计。编写软件时，可以根据各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。该设计按整体功能可分成多个不同的模块，有主程序、定时器中断服务子程序、温度采样子程序、显示子程序等模块。然后将各个模块装配联调，组成完整的软件。

3.1 主程序部分

该软件设计的主要思想是首先把温度传感器采集出来的模拟信号转换为数字信号，然后再将该数信号送往8位7段LED 进行显示。根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行系统流程图的设计，首先我们要解决的是系统主流程图的设计，下面就对系统主程序进行详细介绍。系统主流程图如图1所示：

图1

3.2 定时器设计

单片机上电复位后，首先进行系统初始化，如对定时器T0、数字温度芯片AD741进行初始化。初始化完成后，调用显示子程序进行显示；调用键盘扫描子程序判断是否有按键按下；判断10秒定时标志位是否置位，未置位则继续显示当前温度值；置位则调用温度采样子程序进行温段采集和数据处理，同时将10秒定时标志位清零。

STC89S51芯片内含有两个可编程定时器/计数器，分别称为定时器/计数器 0和定时器/计数器1。它们都是16位加法计数器结构，分别由THo(地址8CH)和TLo (8AH)及THI(8DH)和TLI(8DH)两个8位计数器组成。这四个计数器属专业计数器之列。

定时功能是通过计数器的计数来实现的，定时器的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每个机器周期定时器加1，而一个机器周期等于12个振荡脉冲周期。所以，定时器的计数频率为晶振频率的1/12。以l2MHz为例，计数频率为lMHz, 即每微秒计数器加1。

程序如下：

void t0_int() interrupt 1 using 1

{ TH0 = def_th0;

TL0 = def_tl0;

t1ms_cnt1++;

dis_cnt++;

readdata_time++;

………………………….

3.3 用户使用

根据鸡舍温度的环境需要，用户可以通过控制器的按键对一些参数进行调节，如采样时间，高低温报警温度等。鸡舍温度控制器通过设置好的参数实现现场采集温度，保存温度实现了对鸡舍温度的监测，控制。如图2所示。

图2

4 结束语

本课题研究的根本思想是硬件电路的搭建和软件的编程思想，由理论来指导实践.并从实践中完善理论。本次设计以数字温度芯片AD7416和单片机STC89C51构成数字温度测量系统，以数字温度芯片的高集成化来简化系统的复杂性；以单片机较强的处理问题的能力来优化系统的快速性，从而使得其应用领域也在迅速扩大。

通过对系统的深入认识后，可以知道温度测量装置性能的优劣 要取决于采用的传感器元件和处理电路的性能。过去多采用单片的温度传感器，例如Pt100、AD590，这些芯片不仅体积大，而且输出的信号都是模拟信号，必须要经过A/D转换后才可以被处理器识别。而且没有数字通信和网络功能。这使得温度测量系统的硬件结构比较复杂。而AD7416智能数字温度传感器称积小、数字化、精度高、接线简单，可以在多种温度测量场合代替传统的温度传感器，因此采用数字温度传感器AD7416和处理芯片STC89S51具有良好的技术指标，从而实现对鸡舍温度的采样、处理及控制。

参考文献

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温度控制器篇3

【关键词】PID算法；模糊逻辑；温度控制；Simulink仿真

1.引言

半导体激光器是一种小型化的激光器[1]，以直接带隙半导体材料构成的PN结或PIN结是其工作的核心部分。从1962年问世至今，伴随着半导体技术的不断发展，其制作工艺不断改良与优化，产品类型日益丰富。半导体激光二极管具有体积小、质量轻、结构简单、谱线宽度窄、功率转换效率高及便于电光调制等优点，因此被广泛应用于医疗[2]、大气环境监测[3]、精密机械加工及激光打印等多个领域[4]。

随着集成电路与嵌入式技术的发展，传统的构成PID控制系统算法单元的分立模拟器件[5]已经被以单片机、ARM、DSP及FPGA为代表的数字化微控制器[6-7]所取代。模糊控制对被控对象的不同数学模型具有较强的适应性，具有很好的抗干扰能力与鲁棒特性，但准确性不如PID控制，通常会伴随着静差，而模糊PID控制能够将二者结合，得到的系统具有抗干扰能力强、鲁棒特性好、系统误差小且适应性强的诸多优点。在本文中，利用matlab软件的simulink工具箱对模糊PID控制系统进行了建模仿真，以Altera公司的EP4CE15F17C8型FPGA处理器为核心完成了程序的固化，通过Modelsim软件实现了功能仿真。设计了包括温度采集、模数转换、数模转换、热电制冷器驱动，以及按键、液晶显示等辅助电路单元在内的数字式激光器温度控制系统，并通过实验对理论进行了验证。

2.激光器温控系统的构成及工作原理

图1描述了激光器温度检测与控制系统的基本结构。蝶形封装的激光器模块内部集成了热电制冷器（TEC）与热敏电阻（RTH）。利用运放的深度负反馈原理及三极管的电流放大特性搭建了一个恒流源电路，其中热敏电阻RTH、NPN型三极管2N2222及采样电阻R3相互串联。R3采集流过它的电流并将其转为电压值，经过运放U2及电阻R1、R2构成的反馈网络对其进行放大后输入运放U1的反相端，与其同相端的参考电压Vset进行比较，得到的差值被U1放大后输入2N2222的基极，控制其导通程度以实现调整输出电流的目的。为避免系统自激振荡，在三极管基极与发射极之间接入电容C1为反馈回路增加一个极点。这样，系统可以通过闭环控制建立一种动态的平衡，通过热敏电阻的电流仅与参考电压Vset有关。其两端压降VTH与Vset的关系满足公式（1）：

（1）

为了防止由于电流过大导致RTH发热对我们的温度采集造成影响，要求流过热敏电阻的电流尽量小。我们将反馈系数设为20，Vset取5V，这样就可以产生50μA的恒定电流。RTH两端的压降被仪表运算放大器AD8422放大10倍数后送入ADC芯片中等待进行下一环节的模数转换。

MAX1968是一款具有较高的集成度、效率及性价比的开关型驱动芯片，适用于TEC的驱动，利用单电源供电，内部集成的两个同步工作的开关降压稳压器直接控制其输出电流的大小。它可以产生-3A至+3A范围内的双极性电流，避免加热、制冷工作过程中的“死区”以及轻载电流时的非线性问题。流过TEC的电流只由接到CTL1引脚的控制电压和感应电阻RS决定，其关系如公式（2）：

（2）

图1中VREF为芯片内部的1.5V固定参考电压。我们可以通过改变CTL1管脚的电压来实现TEC的加热与制冷。当加在CTL1上的电压高于1.5V时，电流方向为从引脚OS2流向引脚CS，即图中的TEC+到TEC-。若我们定义此时激光器处于升温状态，电流方向为正，则反之，当CTL1上的电压小于1.5V时，电流方向为负，激光器处于冷却状态。RS为感应电阻，典型值为50mΩ。LX1、LX2引脚连接的电感与电容可以对输出电流滤波以减少噪声影响。合理设置MAXIP、MAXIN及MAXV引脚的电位，能够把TEC两端的最大电压及流过它的电流限定到我们所需要的范围之内，进而确保TEC及与其相连的其他激光器组件的安全。ITEC引脚上的电压与流过TEC的电流存在比例关系，通过对此引脚上的电压进行监测，可以实现对TEC的过流保护功能。此外，将SHDN引脚电压拉低，可以使芯片进入休眠状态，使其输出电流减小为2mA左右。

3.PID控制的simulink仿真

PID控制是一种经典的线性控制理论，它利用控制对象的目标值与实际采样值构成控制偏差，然后对控制偏差进行比例、积分及微分的加权求和，以此为控制量，并输出至执行机构。执行机构根据控制量对控制对象进行相关操作，使控制对象的实际值不断逼近设定的目标值，其S域数学模型为：

（3）

在上面的公式中KP、KI、KD分别为比例系数、积分系数与微分系数。我们设计的PID控制系统的传递函数主要由三部分组成，即PID控制模块、MAX1968、TEC以及热敏电阻。TEC具有热容量，可作为一阶惯性环节，热敏电阻对热量的感应具有一定滞后性，而MAX1968的输出电流与其引脚CTL1的输入电压成线性关系，可视为单纯的比例环节。以上三者构成的传递函数为：

（4）

根据以上分析，利用matlab的simulink工具箱建立了结构如图2的模糊PID温度控制系统的仿真模型。仿真模型包含阶跃输入信号、差值运算、模糊PID算法子模块、传递函数、传输延迟及虚拟示波器5个部分。图3为模糊PID算法子模块的具体组成，它以参考值与实际值的误差为输入，对误差及误差导数的可能取值范围进行模糊化处理，在一定的隶属函数下得到误差E与误差导数EC的论域。在这里，我们选取了结构简单且推理效率较高的三角形隶属函数，并将误差差导数的论域分为七级，即NB：负大、NM：负中、NS：负小、ZO：零、PS：正小、PM：正中和PB：正大。这样，最后得到的KP、KI、KD的模糊控制规则各有49条，以比例系数Kp为例，其规则如表1所示。

为实现对比分析，我们分别仿真了常规PID控制和模糊PID控制。对于常规PID控制，设定KP=0.38、KI=0.19、KD=0.05，将图2中的模糊PID算法子模块替换为simulink中的PID算法子模块，并仿真具有不同传递函数的控制对象，得到了如图4的阶跃响应曲线。从图4中可以看出，同样的比例、积分和微分系数作用于不同的传递对象时，得到的结果有明显的不同。对于三种不同的a、b与c取值的组合，当a=3、b=2且c=1时，得到的阶跃响应曲线最为理想，其上升时间为1.7秒，稳态建立时间为6.4秒，超调量为4.9%。当a=4、b=4且c=2时，其上升时间为1.8秒，但稳态建立时间为43.5秒，并且超调量为70.8%。

接下来，将上述KP、KI及KD参数作为参数初始值，利用自适应模糊PID控制重复前面的过程，得到了形如图5的响应曲线。将其与图4进行对比，我们可以发现图5中三条曲线的上升时间、超调量及稳态建立时间相差无几，而图4中3条曲线在这些方面存在着明显的差异。这表明模糊PID控制的效果对于传递函数的参数依赖性比固定参数小。此外，对于同一控制对象，图5得到的结果在稳态建立时间以及超调量方面都要好于图4。

4.结论

本文根据半导体激光器工作过程中对温度控制的特殊要求，提出了传统PID控制结合模糊逻辑的方案，并介绍了部分硬件电路的设计。定性分析了温度控制系统中控制对象的传递函数，利用软件模拟了传统PID控制与自适应模糊PID控制作用于参数不同的控制对象时的阶跃响应曲线。通过仿真发现，传统PID温度控制系统的效果很大程度上依赖于控制对象的传递函数，而引入模糊逻辑的自适应PID控制可以实现参数的自整定，对于不同的控制对象，得到的响应曲线比较接近。对于同一控制对象，自适应模糊PID控制在上升时间、超调量及稳态建立时间方面均优于传统PID控制。以中心波长1550nm的分布反馈式二极管激光器为对象，进行了温度控制实验，在25℃～40℃的升温过程中，系统的上升时间为9.9秒，稳态建立时间约27.8秒，超调量不超过1.7%；在40℃～10℃的降温过程中，下降时间为7.4秒，稳态建立时间为32.5秒，超调量小于3.2%。结果表明，自适应模糊PID控制系统在总体性能以及可移植性方面均优于传统PID控制系统，适用于温度控制及其他诸多自动控制领域。

参考文献

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基金项目：内蒙古民族大学博士科研启动基金项目（No.BS138）。

作者简介：孙丹丹（1983―），女，黑龙江齐齐哈尔人，内蒙古民族大学助教，主要研究方向：自动化控制。

温度控制器篇4

关键词：换热器 蒸汽控制 凝液控制 优化 应用

在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给其它流体的设备，称为换热器，广泛用于石油、化工、轻工、制药、食品、机械、冶金、动力等工程领域。换热器种类繁多，其中管壳式换热器是一种最常见的间壁式换热器，具有结构坚固、操作弹性大、承压能力好、可靠程度高、使用范围广等优点，在化工生产中可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，在工业生产中得到普遍使用。

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司是国家能源发展战略和产业政策鼓励类项目。随着对节能要求的不断提高，通过对装置区内重要的能量交换设备管壳式换热器控制方式的改造与优化，使蒸汽能源得到有效利用，使装置温度控制更加平稳，对本装置和新型煤化工行业技术进步起到了积极的示范作用。

一、当前管壳式换热器控制存在的问题

大唐多伦煤化工装置引进德国鲁奇公司的专利技术：低温甲醇洗脱硫脱碳工艺、百万吨级甲醇合成工艺和甲醇制丙烯MTP工艺包，由五环科技股份有限公司进行基础设计和详细工程设计，各生产装置大型精馏类塔器、罐等设备众多。

本装置大多数塔器等静设备通过蒸汽换热器来实现对温度的调控，对于达产稳产，温度控制的稳定是精馏系统的关键。原始设计中，各蒸汽换热器均采用了蒸汽侧温控，即在蒸汽入口处设置调节阀组，通过调节进口蒸汽流量，从而使整个系统的温度达到调整目的。

以上控制方式在实际运行中，当公用工程蒸汽管网产生压力、温度波动时，由再沸器提供热源的塔釜温度会随之波动，进而影响整个精馏塔的压力控制，导致精馏塔原有的物料平衡和汽液平衡破坏，需要重新建立新的平衡，这种波动会导致精馏塔产出物料规格偏离设定值。同时，公用工程蒸汽管网的压力波动也会出现蒸汽窜入疏水器的现象，这不仅会导致疏水器疏水效果变差，使凝液难以进入凝液管网，而且汽液两相流的出现会对再沸器和疏水器之间的管路造成强烈的冲击，导致管路寿命缩短。以上问题的发生使整个精馏系统效率降低、产能受限，经济损失严重。

在蒸汽流量控制方面，由于管径大、蒸汽流速快、阀门冲刷大，直接调节蒸汽流量不容易快速、准确地达到调节目的，而且阀门容易损坏内漏， 从而导致操作中蒸汽消耗量较大。

二、管壳式换热器温度控制方式

1.蒸汽控制温度方案

1.1蒸汽控制温度方案简介

在生产过程中，经常利用控制换热器蒸汽流量来稳定被加热介质的出口温度。在这种控制方案中，如果公用管网蒸汽压力比较稳定，可采用图1所示的简单控制方案。当阀前公用管网蒸汽压力有波动时，会影响进入加热器的蒸汽流量，此时可通过调节阀对流量进行控制；或者采用串级控制系统，以出口温度为主参数，以蒸汽流量为副参数。一般来说，采用温度与流量的串级控制，它对于阀门特性不够完善的情况，能有所克服。

图1 蒸汽控制温度方案

1.2 蒸汽控制温度方案优缺点

蒸汽控制温度方案的优点是简单易行、控制迅速，缺点是需用较大口径的蒸汽阀门、传热量变化比较剧烈，当疏水设施工作不正常时，会造成冷凝液排放不畅，不能均匀传热。

2.凝液控制温度方案

2.1凝液控制温度方案简介

在生产过程中，也经常利用控制换热器凝液流量来稳定被加热介质的出口温度。在这种控制方案中，如果换热器传热系数和传热平均温差基本保持不变，可采用图2所示的简单控制方案。该方案将调节阀装在凝液管线上，通过改变调节阀的开度来控制冷凝液的排出量。如果被加热物料出口温度高于设定值，表明传热量过大，此时通过控制器将凝液管线上的调节阀关小，蒸汽凝液就会积聚起来，蒸汽冷凝的有效换热面积减少，从而减少传热量，工艺介质出口温度就会恢复到设定值；反之亦然。

图2 凝液控制温度方案

2.2凝液控制温度方案优缺点

凝液控制温度方案的优点是调节阀在凝液管线上，蒸汽压力有保证，不会形成上一种方案中的负压，缺点是变化迟缓，需要有较大的传热面积富裕量。由于传热过程变化缓慢，因此可以防止局部过热，对过热后会引起化学变化的介质比较适用。另外，蒸汽冷凝后变成凝液，比蒸汽体积减小，控制系统中的调节阀尺寸也较小。

3.凝液控制温度方案优化

图3凝液控制温度方案优化

由于在生产过程中，单一采用蒸汽控制温度方案存在温度控制波动大、传热量变化剧烈的问题，单一采用凝液控制温度方案存在控制通道长、变化迟缓的问题。故对上述两种控制方案进行优化，通过采用串级控制方案，用温度与蒸汽流量组成串级控制，如图3所示。这样控制的优势在于初始加热时，使用凝液调节阀控制蒸汽以较大流量进入换热器使加热介质温度较快升高，当温度接近目标值时，通过串级控制温度不但克服了副回路的干扰，也能克服主回路的干扰，因此能大大改善对象特性，提高控制系统品质指标。

三、凝液控制温度方案优化应用

精馏是利用液体混合物中各组分的挥发度不同使之分离的单元操作，工程上借助于精馏塔设备实现气液相间的质量传递。精馏塔再沸器将塔底物料部分汽化后送回精馏塔，使塔内汽液两相间的接触传质得以进行，汽化后的塔底物料蒸汽不断上升的速度，是保证精馏塔分离产品稳定产出的重要因素。因此，为塔底物料提供热源的再沸器温度控制成为精馏塔稳定运行的重要控制指标之一，再沸器温度稳定与否直接关系到塔压、气液两相平衡的控制质量。然而本装置的大型精馏塔，通过再沸器蒸汽流量控制塔底物料温度，存在温度波动较大，难以准确维持塔压稳定的操作难题，迫切需要提高塔的分离效果，降低精馏能耗。

按照优化后的凝液控制温度方案对多伦煤化工MTP装置、净化装置等8个换热器温度控制系统进行了改造，改造后温度控制平稳、节能效果明显。以MTP装置脱丁烷塔塔底再沸器A/B和净化装置热再生塔再沸器为例，通过控制凝液排出量来控制蒸汽流量，从而控制塔底蒸汽换热器温度，进而对塔器温度进行控制，控温效果更佳平稳，蒸汽用量减小，温控控制稳定。操作参数见表1。

四、凝液控制温度方案优化节能分析

1.节约能耗计算

以表1所示脱丁烷塔和热再生塔再沸器为例，计算两塔再沸器改造前后能耗量，从而进一步核算管壳换热器温控系统方案的节能效果。

例一：

MTP装置脱丁烷塔共两套再沸器温控系统进行了改造，其使用蒸汽等级为3.5MPa，此等级蒸汽折标煤系数为125.8kg/t。如表1所述，两台再沸器温控系统改造后节省蒸汽量为43-33=10t/h，节约能耗量为125.6kg/t×10t/h=1256kg/h=1.256t/h，即此塔温控系统共节约能耗每小时1.256t标准煤。按照MTP装置每年运行时间8000小时，则每年节约能耗1.256t/h×8000h=10048t标煤量。

例二：

净化低温甲醇洗装置热再生塔一套温控系统进行改造，其使用蒸汽等级为0.9MPa，此等级蒸汽折标煤系数为108.6kg/t。如表1所述，热再生塔再沸器温控系统改造后节省蒸汽量为44-35=9t/h，节约能耗量为108.6kg/t×9t/h=977.46kg/h=0.977t/h，即此塔温控系统节约能耗每小时0.977t标准煤。按照净化低温甲醇洗装置每年运行时间8000小时，则每年节约能耗0.977t/h×8000h=7816t标准煤。

2.节能分析

以表1所示两台塔器再沸器温控系统改造后的系统进行能量消耗计算，多伦煤化工在2012-2013两年内对全厂8个温控系统进行了技术改造，年均节能量约为7万吨标煤量。以后会继续对存在问题的换热器进行改造，节能降耗的优化改造仍有发掘空间。

表1 换热器温度控制方式改造前后蒸汽、温度变化

五、结论

本文比较了管壳式换热器一般温度控制方案的优缺点，依据实际生产情况对凝液控制温度方案进行优化，该控温方案已在大唐内蒙古多伦煤化工生产装置上投入运行。结果表明，优化后的温度控制方案能克服大波动对精馏系统的影响，可以稳定地将大型精馏塔温度控制在指标范围内，有效提高装置的能量消耗和经济效益。该方案非常适用于蒸汽换热器对大型精馏塔的温度控制，对其他工业过程的温度控制具有借鉴意义。

温度控制器篇5

关键词：温度控制 单片机 硬件设计 检测技术

中图分类号：TP368.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0021-02

1 引言

随着电子技术的飞速发展和超大规模集成电路设计以及制造工艺的进一步提高，单片机技术已被被广泛的运用到国防、工业、农业及日常生活中的各个领域。单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

2 工作原理及系统结构

用单片机系统对温度进行实时采集与控制，即用温度传感器AD590对外界温度进行实时采集，采集回来的实际温度与设定的两个温度进行比较来控制风扇和加热器的工作，同时要在数码管上显示出温度。而且我们可以通过按键随意的设定两个温度值（在0℃—99℃）。主要解决的是要对传感器AD590采集回来电流信号首先要转换为电压信号接着要对它进行调理，调理后的模拟量要通过A/D转换TLC2543转换为数字信号再送给单片机处理。

系统的结构框图如图1所示：

3 系统硬件设计

3.1 电压基准电路

由于模数转换需要的参考电压VREF比较精确，一般的稳压电源可能无法满足要求，故采用TL431精密稳压源来提供， 如图2所示，调整电位器R5可获得2.5V——5V的输出电压VREF。经过运放组成的二倍放大器为AD590提供电压基准，这样做可抵消一部分TL431因为温漂带来的误差。

Vref =（1+R5/R4）V3 V3=2.5V

Vref（max）=2×2.5=5V VTREF=（1+R9/R10）Vref=2×5V=10V

3.2 电压调理电路

温度测量部分采用集成温度传感器AD590。它的非线性为0.8℃，测温精度为0.3℃，其测温重复性优于0.1℃。预算放大器用OP07超低漂移高精度运算，其共模抑制比达120dB，增益达104 dB，温漂仅为0.7Mv/℃，并且还具有小偏置电流，失调电流等特性，对于保证小信号的低噪音起到决定性的作用。经过调整的采集信号送给A/D转换器进行A/D转换后由单片机进行处理。

AD590的输出电流凯式温度（°K）成正比，0°K时输出0A，每°K电流增加1微安。简单实用的AD590接口是串接一个10KΩ电阻再接地，即可产生10*（273.2+T℃）毫伏，这个电压先经一个运算放大器所组成的缓冲器，以避免负载效应。当0℃时，VA=10*273.2mV =2.732V、100℃时，VA=10*3.732mV=3.732V，不是很人性化，如果将VA减去2.732，则0℃时VA为0V、100℃时VA为1V，温度每增加1℃，VA增加0.01V，这样比较容易被接受！我们利用一个运算放大器构成减法器，以进行减法功能。用数字万用表测VB，调整电位器VR56，让VB为1.366V，则VC=-（VA-2.732）。在使用TLC2543将此电压转换成数字信号时，若TLC2543的参考电压为5V的话，其Vlsb为50mV，则还需将VC再放大-5倍，使温度增加1℃时，VC增加0.05V，如图3所示。

3.3 风扇驱动电路

风扇驱动电路前级采用用光电耦合器进行强弱电路隔离，有效的降低了后级强电流对前级控制系统的干扰。后级采用两级放大电路，以满足功率要求，如图4所示。

3.4 加热驱动电路

加热驱动电路采用了光电耦合器件和大功率场效应管组成的固态继电器，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，如图5所示。

前级采用光电耦合器进行强弱电路隔离，有效的降低了后级强电流对前级控制系统的干扰。后级我们使用了动态内阻小，功耗低的N沟道MOSFET管，IRF3710极限ID为40A，完全能够满足条件。

3.5 显示电路

同时使用多个7段LED数码管时，可采用扫描式显示，即将每个7段LED数码管的a，b，c，d，e，f，g都连接在一起，再使用7448及74LS49输出高电平来推动共阴极7段LED数码管晶体管分别驱动每个7段LED数码管的共同引脚com，如图6所示。

4 结语

本文讨论了基于单片机的多路温度控制器硬件设计方案，由单片机系统对温度进行实时采集与控制，将实际温度与设定的两个温度进行比较来控制风扇和加热器的工作。本文重点介绍了多路温度控制的整体框架结构、硬件组成和电路设计。

参考文献

[1]彭秋红，沈占彬.基于单片机温度控制系统的硬件设计[J].机电产品开发与创新，2009，23（5）.

[2]彭为，黄科，雷道仲.单片机典型系统设计实例精解[M].电子工业出版社，2005.

[3]李晓伟，郑小兵，周磊等.基于单片机的精密温控系统设计[J].微计算机信息，2007.32.

温度控制器篇6

论文关键词：模糊控制,在线调整,温度控制

1引言

高真空退火炉是对晶体进行退火处理的重要设备。通过不同温度及其不同变化率下的退火处理可以消除晶体中的残余应力、改善晶体性能，是晶体生产中非常重要的工艺过程，直接关系到产品的质量。这个过程要求炉温按照指定的速度升温，在给定的温度T保温一定时间t后，再按给定的速度升温至温度T，保温一定时间t后，再按指定的速度降温。由于高真空退火炉是一个特性参数随炉温变化而变化的被控对象，加热方式与普通电炉不同：真空炉传热的传热途径只有辐射，没有传导和对流，因此，高真空退火炉炉膛温度具有分布不均匀、响应速度慢、工件温度滞后严重、易出现较大超调量等特点。为使温度均匀，常需布置多点加热，因此要求温控系统不仅能综合协调全部热源，而且能根据不同状态自动调整控制参数，常规PID控制方法和单独的模糊控制方法均难以满足这种要求。本文针对上述特点，提出了一种在线参数自调整的模糊控制方案，不仅使温度控制系统具有了良好的动态响应特性、较小的超调量和较高的稳态精度，同时也提高了控制系统对不同状态的适应能力。根据本方案研制的控制器已在实际生产中得到应用，完全能够满足晶体退火工艺要求。

2模糊温度控制器的设计

2.1基本原理

该模糊温度控制器的结构如图1所示。系统主要由基本模糊控制器、参数自调整机构和Bang-bang控制环节组成。在控制的初期阶段，采用bang-bang控制作为引导控制，当误差小于设定阈值时用系统进入模糊控制阶段，在控制系统中，模糊量化因子K、K和输出比例因子K对控制器的控制效果有较大影响。在控制过程中，由参数自调整机构根据误差e和误差变化率的不同，在线调整参数K、K和K的大小，实现了对输入信号基本论域的在线调整，从而改善了控制系统的动、静态性能，而且也使其自适应能力得到了提高。

图1模糊控制器控制原理

2.2基本模糊控制器

以误差e和误差的变化作为输入量，控制量的变化量u为输出量，相应的模糊集为E，EC，U，其论域均定义为[-6,-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]；模糊语言变量均定义为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。隶属函数曲线均选为三角形。

通过总结实际温度控制经验，得到模糊规则表1。写成49条模糊条件语句R：ifE为AandEC为BthenU为C。其中，A为误差模糊子集，B为误差变化模糊子集，C为输出量模糊子集。

根据Mamdani推理方法求得模糊关系矩阵为：，则输出C′为：C′＝,利用最大隶属度法进行非模糊化，可得到精确的输出值。

2.3自调整机构

在模糊控制器的设计中，量化因子K、K和比例因子K对系统的动、静态性能均有影响，如果它们固定不变，很难达到动、静态性能两方面的指标均优良的目标。为此，增加了自调整机构，根据偏差和偏差变化率的大小在线调整K、K和K，从而使控制系统能在被控对象特性变化或存在扰动的情况下保持较好的性能。

温度控制器篇7

Abstract : In this paper ，the principle and basic design of laser2diode’s temperature control were described. With the PID circuit ， the surround temperature accuracy could be controlled within ±0. 5 ℃。The threshold current decreased and the output power increased apparently with good linear.

引

言

我们所述的医用半导体激光器为单量子阱半导体激光器，输出810 ±4nm 的红外光。经扩束的半导体激光束能穿过真皮到达皮下组织十几毫米深处，与传统毫针的进针深度类似，因此，是很好的激光针。与其他激光针灸相比，半导体激光器的优势在于它的体积小，驱动电源简单，光电转换效率大于25 %。激光热作用及生物刺激作用是主要的生物效应，其机理是激光作用于穴位点，组织分子吸收光子能量后，其振动和转动加剧，在宏观上表现为受照射的局部组织逐渐变热，皮温升高。同时，适当剂量的激光作用于穴位点，作为回答性反应，在分子水平上是调整蛋白质和核酸的合成，影响DNA 的复制，调节酶的功能，在细胞水平上是动员代偿、营养、修复、免疫和其它防御机制来消除病理过程。从穴位临床应用的最浅进针记录可以看到，大约52 %的主穴和75 %的备用穴在1215mm 深以内，半导体激光器发出的激光能有效地达到这些穴位;有大约3815 %的主穴和1313 %的备用穴在25mm 深处，能微弱地感受到激光的刺激作用[1 ] 。

一、半导体激光器的工作特性

半导体激光器的工作物质为PN 结，特点是极易受温度的影响，阈值电流和功率稳定性对温度敏感。其原因主要是温度对有源层增益系数的影响。即随着温度的增加，需要有更多的载流子注入来维持所需的粒子数反转[2 ] 。

1. 温度对阈值电流密度的影响由式:

J th ( T) = J th ( Tr) exp [ ( T - Tr) / T0 ] (1)给出。T 为半导体激光器的工作温度， Tr 为室温， J th ( T) 为工作温度下的阈值电流密度， J th( Tr) 为室温下的阈值电流密度， T0 是表征半导体激光器温度稳定性的特征温度，它与激光器所使用的材料及结构有关，其数值在130～160 ℃之间。

2. 温度的变化也影响半导体激光器的发射波长，

λ = 2 nL / m (2)

式中， n 为折射率， m 是模数，波长λ随折射率n 和腔长L 而变化。对于那些导带底到价带顶的跃迁产生的激光辐射(即光子能量接近于能隙) ，温度的变化会给折射率n 和长度L 较大程度的影响。波长λ对T 微分，这里，折射率是温度和波长的函数[3 ] ，即:

( 1/λ) (dλ/ d T) = (1/ n) (5 n/ 5λ) T (dλ/ d T) + (1/ n) (5 n/ 5 T)λ + (1/ L ) (d L / d T) (3)

最后一项线性膨胀(1/ L ) (d L / d T) ≈10 - 6 ，可以忽略，得:

(1/λ) (dλ/ d T) = (1/ n) (5 n/ 5 T) λ[1 - (λ/ n) (d n/ dλ) T ] - 1 (4)

为了写成较容易测量的形式，将(2) 式写成mλ= 2 nL ，再对λ微分，得λ(d m/ dλ) + m = 2 L (d n/ dλ) (5)

对于单模间隔dλ～Δλ，d m = - 1 ，得

[1 - (λ/ n) (d n/ dλ) T ] = [1/ (2 nL ) ] (λ2/Δλ) (6)

综合(4) ， (6) 式得(5 n/ 5 T) λ = [1/ (2 L ) ] (λ2/Δλ) [ (1/λ) (dλ/ d T) ] (7)

Fig. 1 　Wavelongth2temperature curve

由此很容易看出折射率对温度的依赖关系以及对波长的影响。实验测得，当温度升高时，自发发射峰向长波长方向移动。

如图1 所示。

3.激光器输出功率、寿命也受温度的影响。激光器在阈值以上连续输出功率下工作，对可靠性有极高的要求。半导体激光器的工作电流密度高，因此半导体激光器的可靠性很大程度上取决于激光器的散热条件。低的阈值电流密度固然是异质结激光器在室温下连续工作所必需的，但还要求激光器有尽可能小的温升。我们假设忽略激光器所发射的光功率，而认为加在激光器上的电功率全部转变为热。用这种假设所估计的温升比实际器件大一些，但不会造成很大的差别。器件所耗散的电功率为P = ( IV + I2 rs) (8)

I 为加于激光器上的电流， V 为结区电压降， rs 为串联电阻，平衡时结区温升为ΔΤ = r T ( IV + I2 rs) = r TP (9)

r T 为器件的热阻，单位是K/ W 或℃/ W。连续工作时，对rs 和r T 的要求更苛刻。直流工作时激光器结区工作温度为T = Ts +Δ T = Ts + ( VJ + RsJ2) R T (10)

式中， Ts 为初始温度， J 为电流密度， Rs 为总的串联电阻， R T 为总热阻。设S 为强区的面积，则Rs = rsS ， R T = r TS ，要求Rs < 1 ×10 - 5Ω·cm2 。降低结区温度来稳定激光器的输出功率，这一点非常重要。

二、温控原理及实验装置

由以上分析可知，无论是输出功率还是阈值电流或波长都与温度有密切的关系，仅用直流风机及散热器驱散热量是不能很好地控制工作温度的。对半导体激光器还必须采取合理的致冷措施和控制以维持激光器在恒定温度下工作，这是保证激光器工作的稳定性和可靠性的最重要的措施。

温度控制电路框图如图2 所示。用AD590作温度传感元件(图中黑色小块) 。当工作区域温度升高时，AD590 输出与温度相关的电流量，通过I2U 转换电路，被转换成相应电压量，接到PID调节电路的输入端[4 ] ，放大后的电压量接到互补推挽功率级上，用来驱动珀尔帖元件。珀尔帖元件装在散热器上，是转移热量的热电半导体器件。

Fig. 2 　Temperature control principle

Fig. 3 　a —Single point rectify circuit 　b —Rectify the error

1.IC 温度传感器　AD590 的电流温度灵敏度是1μA/ K，在整个工作温度范围内非线性误差小于±015 ℃。但是封装后的传感器的灵敏度可能偏离1μA/ K，采用单点校正电路对传感器校正[5 ] 。如图3 所示，在一定温度下，调节电位器W使电阻上的输出V 0 的毫伏数刚好等于绝对温度值，这时，输出电压V 0 的灵敏度为1mV/ K，校正大大减小了误差，同时也减小了误差对温度的依赖。

Fig. 4 　PID regulate circuit

2.PID 调节电路　图4 为调节电路简图， a 输入端接I2U 转换器输出， b 端接限流电路， c端接至功放电路，控制珀尔帖元件的输出。PID 相当于一个放大倍数可调的放大器，用比例运算和积分运算来提高调节精度，用微分运算加速过渡过程，较好地解决了调节速度与精度的矛盾。

3. 珀尔帖元件散热器　珀尔帖元件装在散热器上，散热器必须将所有功耗排到周围空气中去。致冷却器效率[6 ] ε = Qa/ P = ( Qp - Qj/ 2 - Qk) / P (11)式中， Qa 为致冷功率， P 是半导体激光器消耗的总功率， Qp 是致冷器中产生的珀尔帖热， Qj为电路中的焦耳热， Qk 是沿两个电极从激光二极管到珀尔帖的传导热，它们的值与电流I 两电极截面有关，选择最佳电流和最佳截面，可使致冷效率达到最大值。

三、实　验　结　果

为对比增设温度控制回路前后的情况，进行两组实验， 环境温度为22 ℃。

由图5和附表可得出以下结论:

Table 　Compare the output parameter

Fig. 5 　Compared the output a —no temperature control 　b —with temperature control

1. 未经温度控制反馈回路的调节，半导体激光器温度随着输出功率的增加，上升至31 ℃，输出功率到0135W 左右就趋于饱和;

2.增设控制回路后温度控制精度达±0. 5 ℃，阈值电流有所降低，最大输出功率明显上升，并且线性较好。微分量子效率达0179W/ A。

四、结　束　语

另外，还有几点有待改进:11 增加激光二极管的启动瞬时态保护电路;21 若用运放构成的窗式比较器及L ED 显示有助于直观地了解温控情况;31 提高恒流源的质量，应使直流纹波小于10 - 4 。用石英光导纤维传输激光，准确地将激光作用于穴位上，起到针灸的作用;还可将激光作用于体表或腔体的病灶处，作理疗辐射治疗。

参考文献

1 　李文瑞1 实用针灸学1 北京:人民卫生出版社，1982 :97～226

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3 　天津大学精仪系编1 激光技术1 北京:科学出版社，1972

4 　Schumann F ，Tietgen K H. Elecktronik ，1984 ; (11) :59～62

5 　马英仁1 温度敏感器件及其应用1 北京:科学出版社，1988 :271～274

温度控制器篇8

关键词：温室；控制系统；数据；信息接收；传感器

中图分类号：S625 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20161032021

引言

温室环境控制信息系统的分控装置包括：信息接收系统，通过温室中安装的信息传感器和信息采集器接收温室中作物生长状况的信息；筛选装置，从传感器接收注册表和采集器的接收注册表中，分别搜索到某一个对应的传感器和采集器的信息，确定选择某个传感器和控制器的接收；定位装置，它可以从众多传感器中选定一个，并从众多采集器选择一个和它匹配；分控装置，用于从数据库中提取作物生长环境信息，定位信息，并将信息分发到温室的控制设备中。使用本方法，可以根据温室里种植的作物不同种类，适当地控制作物生长，而使用的却是同一系统。

通常情况下，大部分日光温室栽培的作物受温度、相对湿度、阳光、供水、二氧化碳等因素影响，它们决定作物生长的速度、产量、质量以及作物的口感。因此，维持温度、相对湿度、光照等一直是农户或经营者最关注的问题。

现在，农户操作设备来保证温室正常生产，通常只能靠他们的经验，在这种情况下，为了增加农作物的产量，农户应该准确地控制、监视和管理温室，这些繁琐的工作就成了农户的一个繁重劳动。

1 主要研究内容

1.1 控制系统概述

一般情况下温室控制可以通过自动操作来解决这些问题。然而，温室有各种类型的，如玻璃温室、塑料温室、日光温室等，要完成自动控制就出现了许多种传感监测和对应于各种传感器使用的各种执行器。在条件不同的情况下，作物的生长却使用一套单一的温室系统，基于这种情况只能对温室作物的生长条件进行预先设定信息，包括温度、相对湿度、光照强度等，试图优化农作物的生长。但是，这样做却很难有效地控制作物的生长环境，反过来可能还会影响作物的产量。此外，预先设定的温室控制软件程序，如果根据温室作物的生长条件重新生成时，却会产生较大的成本。

为了解决上述有关问题，本研究的第一个研究对象就是根据温室里生长的作物种类，提供适合的控制系统。第二个研究对象是，根据作物的不同种类，提供不同种类的温室环境控制信息的方法。

根据本研究的目标，实现第一个研究对象，需要研究一套温室控制系统，它包括温室环境控制信息分控系统与温室控制装置。其中温室环境控制信息分控系统包括：信息接收系统，用于接收温室里生长的作物信息，传感器和信息控制器被安装在温室中；选择系统，用于选择传感器及控制器的信息接收，从传感器和控制器分别接收对应的传感器信息和控制器的信息；定位系统，定位某一个传感器，用于对控制器选定的传感器提供接收；作物生长环境信息的提取系统，作物信息来源于定位信息数据库和从分控装置中提取的温室环境信息。

实现本研究的第二个研究对象，需要研究一套方法，它能够分控温室环境信息。该方法包括：通过安装在温室里的信息传感器和信息控制器，接收生长在温室里的作物的信息；选择传感器接收，从传感器接收对应的传感器信息；选择执行器接收，从控制器接收对应的控制器信息；定位某个传感器，用于给某个控制器选定的某个传感器进行控制信息接收；生长环境信息是来源于作物定位信息数据库和分控系统提取的信息。

1.2 附图说明

1.3 设计方案及控制方法详细描述

图1所示为温室控制系统的结构示意图，其中温室环境控制装置9通过温室环境控制信息分控系统1接收信息。

根据图1所示，温室控制系统包括温室环境控制信息分控系统1和温室控制装置9。温室环境控制信息分控系统1包括信息接收系统2、选择系统3、定位系统6、分控系统7和数据库8。选择系统3包括第一选择系统4和第二个选择系统5。

根据本研究设计的方案，温室环境控制信息分控系统1和温室环境控制系统9通过有线或无线双向通信的通信网络进行相互沟通。无线通信的方案可以包括蓝牙，无线局域网（Zigbee），红外数据系统（IrDa）和无线电频率识别系统（RFID）等。

接收系统2从用户安装在温室里的传感器和采集器对应的传感器信息中接收到温室里的农作物的生长信息。

表2中：1、空气加热；2、根区供热；3、冷却器；4、风扇；5、天窗的窗口；6、侧墙窗；7、风扇；8、内部天花板；9、内侧壁；10、黑色窗口；11、屋顶；12、总管道；13、自动喷灌装置。

如表1所示，接收系统2接收到安装在温室中的采集器对应的传感器信息，包括：温度控制器、光控制器、相对湿度控制器等；还有安装在温室内的温度传感器、光传感器、相对湿度传感器、CO2传感器等传感器信息；还可以从用户端接收信息。

研究方案中的信息采集器包括：与天气有关的信息采集系统，如风向、风速、雪压、雨量测量传感器等；与土壤相关的传感器，如电导率EC控制器、pH值传感器、无机成分控制器等信息；还有与周围和空气有关的采集系统，如温度传感器，相对湿度传感器、光感传感器，CO2传感器等。