单片机温度控制英文文献及翻译.doc

单片机温度控制系统设计与应用 本文介绍了一项由四名工程科学系高年级学生在Trinity大学工程科学系的监督下完成的跨学科本科工程项目。该工程项目的目的是开发一个空气充填室的温度控制系统。系统设计需要允许设定一个预定范围内的期望室温，并在实际室温的阶跃响应中展示出小于1度开尔文的超调量和稳态温度误差。本文描述了学生小组基于摩托罗拉MC68HC05系列单片机设计的具体细节，并通过描述设计过程中的一些关键步骤，讨论了问题的教学价值。展示了该解决方案需要从几个工程学科中汲取广泛的知识，包括电气、机械和控制系统工程。 本设计项目来源于一个真实世界的实际应用。围绕Omega TM模型CN-390温度控制器开发了一个显微镜载玻片干燥器的原型，目标是开发一个定制的温度控制系统以替代Omega系统。其动机是定制的控制器针对特定应用，应能以更低的成本实现相同的功能，因为Omega系统过于多功能，配备了处理各种应用的设备。 显微镜载玻片干燥器原型的机械布局如图1所示。干燥器的主要部件是一个大型的、绝缘的、充满空气的腔室，在其中可以放置载有蜡封组织样本的显微镜载玻片。为了确保蜡在预设条件下熔化，需要对腔室内的温度进行精确控制。因此，需要开发一个自动控制系统，以满足设计规格。 在控制系统设计中，我们发现必须考虑多学科的知识和方法。电气工程方面涉及到了对微控制器的选择、编程和外围电路的设计。学生必须熟悉微控制器的基本结构，包括其输入/输出端口、定时器/计数器以及A/D和D/A转换器等。机械工程方面则要解决如何设计一个高效、均匀的热传递系统，以保证腔室内部温度的均匀分布。这就涉及到材料的选择、散热设计以及腔室内部的热流分布。控制系统工程方面需要对温度控制系统进行建模、分析和控制算法的设计。学生必须了解系统建模的基本理论，比如传递函数和状态空间模型，以及设计适当的控制策略，例如PID控制器，以满足快速响应和高精度控制的要求。 文章还展示了教育价值的讨论。在设计过程中，学生不仅学会了如何应用跨学科的知识解决实际问题，还通过实践学习了如何分析问题、制定解决方案、进行原型测试以及优化设计。这种综合学习经验有助于培养学生的工程实践能力和创新思维。 本文还强调了定制化设计的经济效益。针对特定应用的定制控制器能够显著降低系统的总体成本，因为它避免了标准控制器中不必要的功能，从而节约了硬件和软件的开发成本。同时，定制设计更易于根据具体应用的要求进行优化，从而可能提供更优的性能。 总结而言，该设计项目为学生提供了一个综合运用所学知识，解决实际工程问题的机会，并通过这一过程加深了学生对于自动控制系统设计、电气工程、机械工程和跨学科合作重要性的理解。通过实践，学生们不仅学会了解决实际问题的技能，而且提高了解决未来工程问题的能力。