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低成本PCR微反应器阵列的温度测量与控制技术_李现明

2007年7月第9卷第7期中国工程科学Engineering Science

Jul.2007Vol 19No 17

研究报告

[收稿日期] 2006-10-12;修回日期 2006-11-27

[基金项目] 国家自然科学基金(90307003);山东省自然科学基金(Y2003G03)资助项目[作者简介] 李现明(1964-),男,山东夏津县人,山东大学控制科学与工程学院副教授

低成本PCR 微反应器阵列的温度测量与控制技术

李现明,张玉林,李建田

(山东大学控制科学与工程学院,济南 250061)

[摘要] 设计了一种用于聚合酶链式反应的低成本微反应器,其内部无微加热器、微传感器。针对这种低成

本的微反应器,提出了一种温度测量与控制方案,其特点是将各反应器温度的集中控制与分散控制有机结合,能够同时完成上百只微反应器快速、准确的温度循环。重点阐述了温度传感器负荷效应的提取与补偿、动态误差补偿、微反应器温度间接测量误差评定、微反应器温度串级控制策略。

[关键词] 微反应器;测量;控制;聚合酶链式反应[中图分类号]TP277

[文献标识码]

[文章编号]

1009-1742(2007)07-0076-06

聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PC R)是一种体外模拟自然DNA 复制过程的核酸扩增技术,它能把痕量的遗传物质迅速扩增百万倍,使原来本无法进行的各种分析检测项目得以实施[1]

。目前进行聚合酶链式反应所通用的设备是台式PCR 扩增仪,有多种具体型号[2]

。它们一般配置一个分子生物学专用的盘子,该盘子上有48或96个槽,槽内用于放置PCR 反应管,可同时对48~96个样品进行扩增。标准的PC R 反应管为玻璃微量管,容积有012mL,015mL 等。由于温度的大惯性、大滞后特点,特别是由于微量管较厚的管壁和较小的比表面积,为使样品获得均匀的、数值符合要求的反应温度,典型的升降温速率为1e P s,致使温度循环中升温降温过渡过程所占用的时间大大超过反应本身所需时间,进行一次PCR 反应所需时间一般为1h 至数小时。在满足样品温度均匀性要求的前提下,提高升降温速率,对缩短PC R 反应的时间、提高设备的工作效率,具有重要意义。

随着微机电系统技术的兴起,一类微反应器)))集成微反应槽PC R 芯片使进行聚合酶链式反

应的设备平台面临革命性的变革[3]

。由于PCR 芯

片体积微小、质量极小、比表面积大,可从本质上弥补台式PCR 扩增仪的不足,达到升降温速率高(可达每秒十几度)、循环周期短、温控精度高和动态重复性好的目的。PCR 芯片的另一个突出优点是可节省珍贵样品,所需样品仅为数微升至数十微升。但是,PC R 芯片在进军市场的过程中却遇到了较大的困难,至今未获得大规模推广应用。造成这种情况的主要原因之一是PCR 芯片成本居高不下,能否有效降低芯片成本成为这种新技术推广应用的瓶颈。降低成本的渠道之一是采用价格相对较低的材料来制作芯片,例如采用某些高分子聚合物材料作为芯片的基片,许多学者对此进行了有益的探索。但由于芯片内部含有加热器、传感器,存在固有的结构复杂性,其成本的降低是有限的。作者采

用结构简化的PCR 芯片[4,5]

,芯片内部仅含微反应槽而不含加热器、传感器。由于不再需要集成加热器、传感器所使用的设备、工艺、材料,故芯片生产的初始投资降低、成品率提高、成本降低;又由于芯片结构简单,故其可靠性也相应提高。由于芯片不含加热器、传感器,因此检测与控制问题成为研究重点。

2 低成本PCR 芯片设计

PC R 芯片的基片以硅材料制作,这是因为硅材料的微细加工技术相对成熟,而且硅材料具有良好的导热性能,其热导率高达1157W P (cm #e )。在基片上制作两个相同的蛇形微槽,其尺寸为宽1200L m,深200L m,长105mm,容积各为25L L,如图1所示。蛇形微槽有利于反应液的加载、卸载和芯片的清洗。在PYREX 玻璃盖片上制作4个直径1mm 的小孔,作为反应液加载、卸载的出入口,反应过程中进出口用石蜡油密封。上述芯片微细加工过程简述如下:2英寸(5108cm)硅片用热氧化方法形成1L m 的氧化层,然后用紫外光曝光光刻和HF 在氧化层上形成微反应槽的图形,再用KOH 各向异性湿法腐蚀方法在硅片上腐蚀出深200L m 的微反应槽。用YH -D4030型激光雕刻机在015mm 厚PYREX 玻璃盖片的相应位置打进出口孔。基片、盖片图形对准,在400e ,800V 下进行阳极键合,从而形成微反应槽PC R

芯片。

图1 低成本微反应槽PC R 芯片示意图Fig 11 Low cost microreactor PC R chip

3 低成本PCR 芯片的测控方案

控制方案如图2所示。若干PC R 芯片放置在特殊设计的换热器表面,形成阵列;换热器以纯净水为媒质,由循环泵、电磁阀控制,根据需要流过相应温度的纯净水;系统含有4个储水箱,其中3个储水箱内设置温度传感器和电热管,将其温度分别控制在与聚合酶链式反应3个特征温度(55e ,72e ,95e )相对应的温度上。所谓/对应的温度0要比它所对应的特征温度略高几度,保证按该温度传递到芯片时,芯片温度比所需温度略低但已经非常接近所需温度。至于高出几度才合适,则需

通过实验得出结果。第四个水箱内为冷却水,用于加快从95e 高温变性到55e 低温退火的降温过程;对于每个微反应槽PCR 芯片设置一个微加热及传感单元,以便对各个PCR 芯片提供精确、快速的温度控制。各微加热及传感单元制作在同一张柔性印制板(printed circuit board,PCB)上[6]

;根据对换热器表面温度的均匀性和精度要求将换热器上表面进行合理分区,认为每个小区域内的温度是相同的,称其为一个等温区。在每个等温区中,选择位于中间的PCR 芯片作为测控样板芯片,在其微槽中设置一支微型热电偶并充满蒸馏水,认为在微加热单元输入电功率相同的情况下等温区各芯片内液体温度相同。测控样板芯片内不进行聚合酶链式反应,聚合酶链式反应在其余芯片内完成,但这些芯片内不设置微型热电偶。当进行不同类型或不同批次的聚合酶链式反应时,只需更换其余芯片,不需更换测控样板芯片,测控样板芯片可视为测控系统的固有配置。测控样板芯片概念的提出,不仅简化了芯片测温传感器的配置和与之相应的某些操作,而且由于它是测控系统的固定配置从而可以对其进行精确标定。整个系统由一台工业控制计算机通过相应接口板卡控制。计算机自动采集各样板芯片的温度,按预定的控制策略形成各个控制输出,该输出不但施加于相应的测控样板芯片,而且同时施加于与该样板芯片处于同一等温区的其它芯片。对于所设计的实验系统,其换热器划分为12个温区,每个温区可放置10只芯片,则共计可放置120只芯片,其中12只为样板芯片、108只为实际用于

PCR 反应的芯片。

4 反应样品温度的间接检测技术

样板芯片内部液体温度检测子系统实质上起到了PCR 芯片内部反应液温度传感器的作用,是系统能否成功运行的关键之一。其难点主要在于:芯片内部空间狭小;芯片内部液体热容量微小,传感器的装设对液体温度场产生了负荷效应,然而真正进行PC R 反应的芯片没有该负荷效应。负荷效应使样板芯片与它所代表的PCR 芯片的热学特性出现了某种程度的差异。如何科学地评价负荷特性的大小、补偿负荷特性的影响需要深入研究;芯片时间常数小,其温度每秒可变化十几度,如何减小动态测量误差,也是一个不可回避的问题。411 样板芯片内部液体温度检测

77第7期李现明等:低成本PCR 微反应器阵列的温度测量与控制技术

图2微反应槽PCR芯片阵列温度控制

方案示意图

Fig12The control scheme to the array of

microreactor PCR chips

41111传感器及其信号调理电路设计

通过对各种温度传感器的材料构成、测温范围、允许误差、成本和使用特点的综合分析,结合该课题的实际情况,决定选用铜)康铜(T)热电偶。它为廉价金属热电偶,测温范围最高可达-200)+400e,适合在氧化、还原、中性气氛及真空中使用,在潮湿的气氛中是抗腐蚀的。它的主要优点是测温准确度高、稳定性好、低温灵敏度高、价格低廉。选用直径为011mm的?级铜)康铜(T)热电极丝,其长期工作的测温上限为120e,允许误差为?015e或?014%。热电偶插入样板芯片内部后即被石蜡封住插孔,与样板芯片可视为一体。对热电偶机械强度要求不高,为减小热容量、提高快速性,特采用裸电极结构。在热电极对熔接完成后,再另外于电极丝上覆一层绝缘材料。传感器的信号调理电路直接选用康拓公司生产的2组8路热电偶输入板卡IPC5455。它是一种具有冷端补偿和非线性补偿功能的热电偶测温智能I P O板,该板共有15路热电偶输入和1路公共冷端补偿输入。IPC5455转换精度为?011%,单通道转换时间小于35ms,符合PC总线标准,与TTL、CMOS逻辑电平兼容,具有Watchdog功能。

41112传感器对样板芯片内部温度场的负荷效应及其补偿

利用接触式测量方法测温,传感器对被测温度场或多或少要产生负荷效应。在对一般反应塔、发酵罐等设备的测温过程中,由于被测对象热容量巨大,传感器的负荷效应可忽略不计。芯片内部液体为微升级,热容量微小,样板芯片内部装设了温度传感器,对液体温度场产生了不可忽略的负荷效应。由于负荷效应是由固定因素所导致,因此该误差分量属于系统误差,只要能够寻找到误差规律即可在测量结果中予以相应补偿。

充分利用该系统的硬件资源,将10个PCR芯片集中在同一个等温区,首先在每个芯片微槽内各设置一个热电偶温度传感器,并选定中间位置的芯片作为样板芯片。让系统工作若干个温度循环,以样板芯片测量结果作为反馈信号形成的控制指令同时施加给其余9个芯片,这9个芯片的温度传感器只采集其温度信号但并不形成控制指令。一个聚合酶链式反应温度循环过程可分为2个升温阶段、2个降温阶段、3个恒温阶段共计6种模式。于是可记录下10只芯片在温度传感器负荷效应相同的前提下6种工况模式的若干数据。10只芯片的数据客观上存在一定的分散性,这种分散性既包含随机误差,也包含系统误差。随机误差近似符合正态分布,可通过数理统计方法处理,以平均值作为剔出随机误差后的估计值,以贝赛尔公式估计标准差。系统误差由各芯片本身、所处换热器位置、PCB板加热器、各热电偶传感器等固有的分散性所导致,符合内在的固有的规律,可通过回归分析提取这种规律。然后在样板芯片的微反应槽内增加一只同样的热电偶温度传感器,该温度传感器与原来的温度传感器从同一入口插入微反应槽。重新让系统工作若干温度循环并记录10只芯片的温度数据。数据处理时,首先进行随机误差的处理,然后扣除负荷效应相同时的系统误差,则剩余下来的误差即是由于样板芯片比其余芯片多了一只热电偶温度传感器所造成的误差,亦即一只热电偶所形成的负荷效应。对6种工况模式下的负荷效应进行回归分析,即可得到负荷效应在6种模式下的数学描述。按此数学描述编制相应软件集成到系统应用软件中,即可基本消除样板芯片温度传感器负荷效应的影响。该方法的基本思想是在相同测量条件下,通过含有2只传感器的测量结果与含有1只传感器的测量结果相比较,并认为其差异是1只传感器所产生的负荷效应。不妨将其称之为获取传感器负荷效应的/二减一0法。

41113样板芯片热电偶温度传感器动态测量误差的智能预测和补偿

由于样板芯片热电偶温度传感器存在惯性时间常数T,信号调理板卡IPC5455需要转换时间S,

78中国工程科学第9卷

因此工业控制计算机所获得的检测结果与样板芯片内部液体的实际温度之间除存在静态误差分量以外,还必然存在动态误差分量。静态误差分量由静态标定实验予以评估并可从中提取静态误差的规律。关于静态误差补偿,许多文献进行了充分、深入的讨论,此处不再赘述。

关于动态检测的误差补偿,目前有零极点相消法、零极点配置法、神经网络法和频域修正法等。但是,考虑到本系统的实际工作状况,导致液体温度发生变化的两个外部控制因素都接近指数规律,为更接近传感器的真实工作状况,特将传感器的输入信号即被测液体的温度看成是分段斜坡信号。设系统开始工作的时刻为t0,被测温度为环境温度u (t0),系统工作后,换热器和PCB板加热器使样板芯片内部液体按斜率为K0,K1,K2,K3,的分段斜坡规律u(t)变化。由一阶系统的瞬态分析理论,此时传感器的输出由3个分量组成:其一是由输出信号初值引起的零输入响应;其二是由输入信号初值引起的阶跃响应;其三是由斜坡输入信号引起的斜坡响应。当在t>t0+S后的某时刻, IPC5455输出的测得值为

y(t)=y(t0)e-t-S-t

T+u(t0)1-e-

t-S-t

T+

K(t-S-t0)-KT1-e-t-S-t

T(1)

令t=t0+S+cT,其中S+cT为工控机与IPC5455的通讯时间间隔,c为常数,则

y(t0+S+cT)=y(t0)e-c+

u(t0)(1-e-c)+cKT-KT(1-e-c)(2)设样板芯片液体温度在t n时刻发生了转折,斜率由K n变化为K n+1,则当t>t n时,IPC5455输出的测得值为

y c(t)=y(t n)e-t-S-t

T+u(t n)

1-e-

t-S-t

T+

K n+1(t-S-t n)-K n+1T1-e-t-S-t

T(3)

若样板芯片液体温度在t n时刻没有发生转折,则IPC5455输出的测得值为

y(t)=y(t n)e-t-S-t

T+u(t n)1-e-

t-S-t

T+

K n(t-S-t n)-K n T1-e-t-S-t

T(4)

将上面二式相减,并令t=t n+S+cT,其中c为常数,则

$y(t n+S+cT)=y(t n+S+cT)-

y c(t n+S+cT)=

(c-1+e-c)T(K n-K n+1)(5)于是新斜率计算式为

K n+1=K n-

$y(t n+S+cT)

(c-1-e-c)T

(6)而事实上样板芯片液体温度在何时发生斜率变化,检测装置并不能预知,因此引入阈值方法进行实时判断,当实际测得值与按原斜率计算的估计值之差$y(t n+S+cT)在阈值之内时,认为没有发生转折;而当$y(t n+S+cT)超过所设阈值时,则认为发生了转折,并计算新斜率K n+1。阈值应根据系统的具体特性和精度要求反复调整,合理确定。

设系统开始工作的时刻为t0,被测温度为环境温度u(t0),系统处于稳定状态,芯片液体温度的变化率为零。系统工作后,换热器和PCB板加热器使样板芯片内部液体按斜率为K0的斜坡规律u(t)变化。当t=t0+S+c T时,IPC5455输出的测得值为y(t0+S+cT),则第一段温度变化曲线逼近折线的斜率估计为

K0=-

u(t0)-y(t0+S+cT)

(c-1+e-c)T

(7)则液体温度的估计值为

u(t0+S+cT)=u(t0)+K0(cT+S)(8)此即为弥补动态测量误差后的测量结果。当t=t0+ 2(S+cT)时,工控机第二次与IPC5455通讯,读取IPC5455的测得值,并按式(4),式(5)计算偏差$y(t0+2S+2cT),判断这一偏差是否超出阈值,若没有超出阈值,则此时液体温度估计值为

u(t0+2S+2cT)=u(t0+S+cT)+K0(S+cT)

(9)若$y(t0+2S+2cT)超出阈值,则根据式(6)计算新斜率K1

K1=K0-

$y(t0+2S+2cT)

(c-1+e-c)T

(10)此时液体温度的估计值为

u(t0+2S+2cT)=u(t0+S+cT)+K1(S+cT)

(11)如此一直递推下去,即可将IPC5455的实时测量列转化为液体温度的估计数据列。仿真结果表明,如果传感器模型是精确的,则无论近似折线斜率的改变时刻恰为工业控制计算机对IPC5455的采样时刻还是在两次采样时刻之间,补偿算法能够完全复原

第7期李现明等:低成本PCR微反应器阵列的温度测量与控制技术

该折线。当我们利用某传感器完成一种测量任务时,获知该传感器的数学模型是必要的前提条件,否则就无法从传感器的输出量反推被测量。用于改善传感器测量性能的算法对传感器模型精度有较高要求,但并没有给测量系统的设计者带来额外负担。41114样板芯片内部液体温度测量误差综合样板芯片内部液体温度测量误差由若干分量组成,其中负荷效应属于系统误差,可预先通过相应程序消除,动态误差可近似认为已通过动态误差补偿被消除。因此形成测量误差的主要分量为热电偶分度误差、热电特性不稳定性误差和IPC5455的转换误差(它已包括冷端补偿误差和热电特性的非线性误差)。热电偶分度误差为?015e或?014%,在100e以内,分度误差为?014e;热电偶不稳定性误差在材质为铜丝时为2L V,康铜丝时为8L V,查T型热电偶分度表知E(50,0)=21036m V,E (60,0)=21468m V,E(70,0)=21909m V,E (80,0)=31358m V,E(90,0)=31814m V,E (100,0)=41279mV,按最严重情况2L V折合为01043e,8L V折合为01172e;IPC5455转换误差为?011%,在100e范围内最大为011e。按方和根法估算样板芯片内部液体温度测量的最大误差[7],结果为0145e。

412低成本PCR芯片反应液温度间接测量的不确定度评定

设在某等温区,10号芯片为样板芯片,其余芯片编号为1号至9号。于是各芯片反应液温度与样板芯片内部液体温度之差X i-X10(i=1, 2,,9)为随机变量,初步估计此随机变量最有可能服从正态分布,不妨设其服从N(L i,R2i)(i= 1,2,,9),依据实验数据进行假设检验,结果表明正态分布假设成立;进一步依据实验数据进行参数估计,得到估计值L i,R2i(i=1,2,,9)。于是可得到108只芯片与其样板芯片的温度差的概率分布函数Y i~N(L i,R2i)(i=1,2,,108)。以样板芯片测量结果代替芯片的反应液温度,因这种替代而带来的误差将不再服从严格意义上的正态分布,而是服从偏态分布。但我们有99173%的把握断定芯片i的反应液温度在其样板芯片温度两侧

3R i+L i

的范围内,于是可从工程角度近似认为

,因此由于间接测量而带来的标准不确定度为R i+

L i

。通过实验,108只芯片R i+

L i

(i=1,2,,108)的最大值为0150e,以0150e作为因间接测量所带来的测量标准不确定度。108只PCR芯片反应液温度测量的最终标准不确定度为样板芯片自身的测量不确定度与间接测量所带来的不确定度的合成,样板芯片自身的测量允许误差为0145e,认为其服从正态分布,则其标准不确定度为0115e。由于两个不确定度分量传递因数皆为1,按合成不确定度公式,反应液的测量标准不确定度为0152e,能够满足聚合酶链式反应的要求。

5反应样品温度控制策略

应用串级控制策略对芯片进行PCR温度控制,控制方框图如图3所示。

图3PC R芯片串级温度控制方框图

Fig13The cascade control strategy to the

te mperature of PCR chips

图中给定信号发生器、主回路控制器、副回路控制器、PWM发生器等皆由计算机通过软件实现。给定信号发生器通过检测各温区入口水温并根据预置的PC R工艺曲线产生各控制回路给定信号。由于给定温度在循环改变着,因此这是一个随动系统。内环时间常数、时滞都很小,工作速度快,形成对主控制器输出信号的快速跟随,使芯片上表面温度迅速达到所需要的值,而且能快速消除进入副环的各种扰动,对芯片上表面难免存在的接触热阻、热容波动具有较强的鲁棒性。芯片下表面是芯片热量的主要传输界面,其对芯片的影响最终体现在芯片内部液体温度的变化上,这种变化与给定信号的变化趋势是一致的,客观上分担了串级控制系

80中国工程科学第9卷

统外环的绝大部分任务。

6 结论

该系统升降温速率分别为12e P s 、10e P s,明显高于常规PCR 扩增仪,充分发挥芯片热容量小的优势。按变性5s 、退火5s 、延伸15s 运行时,每个循环周期实际运行35s,30个循环需1715min,明显低于常规PCR 扩增仪。系统每次可完成108只芯片总计216个样品的扩增,整体扩增能力明显优于常规PC R 扩增仪,样品温度控制的准确性、重复性满足PC R 试验的要求。对常规PC R 扩增仪所使用的样品预处理、进样、出样、检测等设备能够兼容,与使用者现有设备和工作习惯实现最大程度的衔接。系统成本不高于常规PCR 扩增仪,且使用方便,可靠性高,人机界面友好。温度是反应器运行的基本物理参数,该项有关低成本PCR 芯片的温度检测与控制技术也可推广至其它类型的微反应器。

参考文献

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Doebelin E O.Measurement System Application and Design[M ].北京:机械工业出版社,2005

Measurement and Control Technology for the Array of

Low Cost PCR Microreactors

Li Xianmi ng,Zhang Yulin,Li Jiantian

(School o f Control Science &Engineerin g ,Shandon g U niversity ,Jinan 250061,China )

[Abstract ] In this paper a ne w style of polymerase chain reaction (PCR)equipment is studied and the goal of

the study is to reduce the cos t of micro -reactor PCR chips,improve its reliability and make a hundred of chips working together in the same time.There are no micro -sensors and micro -heaters in the chips.It is the concrete way to reduce the cost of PCR chips and improve the reliability of the chips.So the focus of the study transfers from the design,simulation and processing to the measure ment and control of the chips.The measurement and control scheme for the low -cost PCR chips is designed.By selecting several chips as model chips and combining unitized macroscopic control and distributed microcosmic control,the system is able to do temperature cycling control to the chip array which is made of many chips at the same time.The loading effect applied to the temperature field by the temperature sensor and the compensation method for the loading effect are s tudied.The main idea of this method is to compare the measurement result gained from the temperature field in which two sensors are set with the measurement result gained from the same temperature field but in which one sensor is set,and the difference is the loading effect that one sensor applies to the temperature field.The te mperature measurement errors to the liquid internal the model chips are analyzed and s ynthesized in considerable detail and an intelligent prediction compensation method for dynamic measurement errors is obtained.The uncertainty of indirect to the temperature of PCR liquid in low -cost PCR chips is also assessed.Cascade control strategy is applied to further improving the performance of control system.Its performance in temperature cycling meets the requirements of PCR.

[Key words ] microreactors;measurement;control;polymerase chain reaction

81第7期李现明等:低成本PCR 微反应器阵列的温度测量与控制技术

智能型温度测量控制系统

河北农业大学毕业论文﹙设计﹚开题报告题目智能型温度测量控制系统-开题报告学生姓名学号所在院(系)信息工程学院专业班级通信工程2010140 指导教师 2014年02月23日

题目基于单片机的温度控制系统设计一、选题的目的及研究意义温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用，是工业对象中主要的被控参数之一。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。这次毕业设计选题的目的主要是让生活在信息时代的我们，将所学知识应用于生产生活当中，掌握系统总体设计的流程，方案的论证，选择，实施与完善。通过对温度控制通信系统的设计、制作、了解信息采集测试、控制的全过程，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。培养研发能力，通过对电子电路的设计，初步掌握在给定条件和要求的情况下，如何达到以最经济实用的方法、巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路，并将其连接到系统中去。提高查阅资料、语言表达能力和理论联系实际的技能。当今社会温度的测量与控制系统在生产与生活的各个领域中扮着越来越重要的角色，大到工业冶炼，物质分离，环境检测，电力机房，冷冻库，粮仓，医疗卫生等方面，小到家庭冰箱，空调，电饭煲，太阳能热水器等方面都得到了广泛的应用，温度控制系统的广泛应用也使得这方面研究意义非常的重要。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标更准确，更加稳定可靠。应用领域非常的广泛，①冷冻库，粮仓，储罐，电信机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。 ②轴瓦，缸体，纺机，空调等狭小空间工业设备测温和控制。③汽车空调，冰箱，冷柜以及中低温干燥箱等。④太阳能供热，制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量等。温度是一种最基本的环

基于单片机的温度测量系统设计

基于STC单片机的温度测量系统的研究摘要：本文针对现有温度测量方法线性度、灵敏度、抗振动性能较差的不足，提出了一种基于STC单片机，采用Pt1000温度传感器，通过间接测量铂热电阻阻值来实现温度测量的方案。重点介绍了，铂热电阻测量温度的原理，基于STC实现铂热电阻阻值测量，牛顿迭代法计算温度，给出了部分硬件、软件的设计方法。实验验证，该系统测量精度高，线性好，具有较强的实时性和可靠性，具有一定的工程价值。关键词：STC单片机、Pt1000温度传感器、温度测量、铂热电阻阻值、牛顿迭代法。 Study of Temperature Measurement System based on STC single chip computer Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin Abstract:A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000temperature sensor.The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects:the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum thermistor’s resistance based on STC single chip computer, the calculating temperature by Newton Iteration Method. Parts of hardware and software are given. The experimental results demonstrate that the precision and linearity of the method is superior. It is also superior in real-time character and reliability and has a certain value in engineering application. Keywords: STC single chip computer，Pt1000temperature sensor，platinum thermistor’s resistance，Newton Iteration Method 0 引言精密化学、生物医药、精细化工、精密仪器等领域对温度控制精度的要求极高，而温度控制的核心正是温度测量。目前在国内，应用最广泛的测温方法有热电偶测温、集成式温度传感器、热敏电阻测温、铂热电阻测温四种方法。 (1) 热电偶的温度测量范围较广，结构简单，但是它的电动势小，灵敏度较差，误差较大，实际使用时必须加冷端补偿，使用不方便。 (2) 集成式温度传感器是新一代的温度传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等优点，适于远距离测量和传输。但由于价格相对较为昂贵，在国内测温领域的应用还不是很广泛。 (3) 热敏电阻具有灵敏度高、功耗低、价格低廉等优点，但其阻值与温度变化成非线性关系，在测量精度较高的场合必须进行非线性处理，给计算带来不便，此外元件的稳定性以及互换性较差，从而使它的应用范围较小。（4）铂热电阻具有输出电势大、线性度好、灵敏度高、抗振性能好等优点。虽然它的价格相对于热敏电阻要高一些，但它的综合性能指标确是最好的。而且它在0~200°C范

风险控制矩阵介绍

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风险控制矩阵描述介绍
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目录
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? 内控流程记录概述 ? 流程记录 ? 风险控制矩阵简介
- 风险控制矩阵编制的目的
- 风险控制矩阵的运用 ? 小结 ? 课堂练习
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内部控制记录概述
风险与流程匹配后，对流程进行梳理
为满足此要求需要制作以下2套资料
流程图及注释流程描述
风险控制矩阵
(Excel)
?相关的重要交易是怎样发生、授权、记录、处理和报告的信息 ?重大错报可能发生的具体信息
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评估（a）内部控制的有效性，以及（b）内部控制防止或发现财务报告的舞弊以及资产的挪用等效果

内部控制记录概述
流程图
①将业务描述上记载的内容做成流程图 ②确定容易引起重大错报的风险
企业名称：组织名称：＊＊＊循环：销售流程：接受订单
R-1
流程描述
对相关的流程的操作步骤按照实际情况进行描述
企业名称：
组织名称：＊＊＊
循环：销售流程：接受订单
1. ?????????
2. ?????????
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（R-1）
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注上风险号码
44
风险控制矩阵
具体记载流程图上特定的为降低风险而实施的控制活动的相关内容
企业名称：组织名称：＊＊＊循环：销售流程：接受订单
风险 ??????????? （R-1）
控制
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温度测量控制系统的设计与制作实验报告(汇编)

北京电子科技学院课程设计报告 ( 2010 – 2011年度第一学期) 名称：模拟电子技术课程设计题目：温度测量控制系统的设计与制作学号：学生姓名：指导教师：成绩：日期：2010年11月17日

目录一、电子技术课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计名称及设计要求 (3) 三、总体设计思想 (3) 四、系统框图及简要说明 (4) 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4) 六、总体电路 (5) 七、仿真结果 (8) 八、实测结果分析 (9) 九、心得体会 (9) 附录I：元器件清单 (11) 附录II：multisim仿真图 (11) 附录III：参考文献 (11)

一、电子技术课程设计的目的与要求（一）电子技术课程设计的目的课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课模拟电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。（二）电子技术课程设计的要求 1．教学基本要求要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。 2．能力培养要求（1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。（2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。（4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。（5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。二、课程设计名称及设计要求（一）课程设计名称设计题目：温度测量控制系统的设计与制作（二）课程设计要求 1、设计任务要求设计制作一个可以测量温度的测量控制系统，测量温度范围：室温0～50℃，测量精度±1℃。 2、技术指标及要求：（1）当温度在室温0℃～50℃之间变化时，系统输出端1相应在0～5V之间变化。（2）当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。三、总体设计思想使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求，该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。因此，我们可以利用它的这些特性，实现从温度到电流的转化；但是，又考虑到温度传感器应用在电路中后，相当于电流源的作用，产生的是电流信号，所以，应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应该是对产生电压信号的传输与调整，这里要用到电压跟随器、加减运算电路，这些电路的实现都离不开集成运放对信号进行运算以及电位器对电压调节，所以选用了集成运放LM324和电位器；最后为实现技术指标（当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。）中的要求，选用了555定时器LM555CM。通过以上分析，电路的总体设计思想就明确了，即我们使用温度传感器AD590将温度转化成电压信号，然后通过一系列的集成运放电路，使表示温度的电压放大，从而线性地落在0～5V这个区间里。最后通过一个555设计的电路实现当输出电压在2与3V这两点上实现输出高低电平的变化。

温度控制系统测试.

温度控制系统测试实验目的 1．在自动控制理论实验基础上，控制实际的模拟对象，加深对理论的理解； 2．掌握闭环控制系统的参数调节对系统动态性能的影响。实验设备 1．自动控制理论及计算机控制技术实验装置； 2．数字式万用表、示波器(自备)； 3．温度对象、控制对象。实验原理图 1 温度控制系统框图如图1所示，由给定、PID调节器、可控硅调制（使用全隔离单相交流调压模块）、加温室（采用经高速风扇吹出热风）、温度变送器（PT100输入0-100°输出2-10V电压）和输出电压反馈等部分组成。在参数给定的情况下，经过PID运算产生相应的控制量，使加温室里的温度稳定在给定值。给定Ug由自动控制理论及计算机控制技术的实验面板单元U3的O1提供，电压变化范围为1.3V～10V。 PID调节器的输出作为可控硅调制的输入信号，经控制电压改变可控硅导通角从而改变输出电压的大小，作为对加温室里电热丝的加热信号。温度测量采用PT100热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈量，温度输入范围为0～100℃,温度变送器的输出电压范围为DC2～10V。根据实际的设计要求，调节反馈系数β，从而调节输出电压。

实验电路原理图实验电路由自动控制理论及计算机控制技术实验板上的运放和备用元件搭建而成，实验参考参数如下：R0=R1=R2=100KΩ，R3=100KΩ，R4=10M，C1=10uF，R5=430K。Rf/Ri=1; 具体的实验步骤如下： 1．先将自动控制理论及计算机控制技术面板上的电源船形开关均放在“OFF”状态。 2．利用实验板上的单元电路U9、U13和U15，设计并连接如图2所示的闭环系统。图2 在进行实验连线之前，先将U9单元两个输入端的100K可调电阻均逆时针旋转到底（即调至最小），使电阻R0、R1均为100K; 将U15单元输入端的100K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R3的总阻值为100K;C1在U15单元模块上。R4取元件库单元上的10M电阻。R5取元件库单元上的的430K电阻； U13单元作为反相器单元，将U13单元输入端的100K可调电阻均顺时针旋转到底（即调至最大），使电阻Ri为200K;保证反馈系数为1。注明：所有运放单元的+端所接的100K电阻均已经内部接好，实验时不需外接。（1）将数据采集系统U3单元的O1接到Ug；（2）给定输出接PID调节器的输入，这里参考电路中Kd=0，R4的作用是提高PI调节器的动态特性。（3）经过PID运算调节器输出（0～10V）接到温度的检测和控制单元的脉宽调制的

温度检测与控制实验报告材料

实验三十二温度传感器温度控制实验一、实验目的 1.了解温度传感器电路的工作原理 2.了解温度控制的基本原理 3.掌握一线总线接口的使用二、实验说明这是一个综合硬件实验，分两大功能：温度的测量和温度的控制。 1.DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，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、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压围，使系统设计更灵活、方便。 DS18B20测量温度围为 -55°C～+125°C，在-10～+85°C围,精度为±0.5°C。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。 DS18B20部结构 DS18B20部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下: DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 232221202-12-22-32-4 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 S S S S S 262524这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的

基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计(论文)

题目名称：基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。关键词： NTC TL431 温度线性转换 Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D and D/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy + 1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function. Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion

温度测量与控制电路

《电子技术》课程设计报告题目温度测量与控制电路学院（部）电子与控制工程学院专业电子科学与技术班级学生姓名郭鹏学号 13 指导教师（签字）前言随着数字时代的到来，人们对于温度的测量与控制的要求越来越高，用传统的水银或酒精温度计来测量温度,不仅测量时间长、读数不方便、精度不够高而且功能单一,已经不能满足人们在数字化时代的要求。于是我们提出，测温电路利用温度传感器监测外界温度的变化,通过放大器将温度传感器接收到的信号进行放大，放大到比较有利于我们测量的温度范围,然后利用A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换,最后通过编程让FPGA实现8位二进制数与BCD码之间的转化,实现温度的显示；并利用比较器来实现对放大电压信号的控制，从而实现对温度的控制；再者还加载了报警装置，使它的功能更加完善，使用更加方便。

本设计是采用了温度的测量、信号放大、A/D转换、温度的显示、温度的控制、报警装置六部分来具体实现上述目的。目录摘要与设计要求 (4) 第一章：系统概述 (5) 第二章：单元电路设计与分析 (5) 1) 方案选择 (5) 2)设计原理与参考电路 (6) 1 放大电路 (6) 2 低通滤波电路 (7) 3 温度控制电路 (8) 4 报警电路 (9) 5 A/D转换器 (10)

6 译码电路 (11) 第三章：系统综述、总体电路图 (14) 第四章：结束语 (15) 参考文献 (15) 元器件明细表 (15) 收获与体会，存在的问题等 (16) 温度测量与控制电路摘要：利用传感器对于外界的温度信号进行收集，收集到的信号通过集成运算放大器进行信号放大，放大后的信号经过A/D转换器实现模拟信号与数字信号间的转换，再通过FPGA编程所实现的功能将转换后的数字信号在数码管上显示出来，实现温度测量过程。放大的信号可以与所预定的温度范围进行比较，如果超出预定范围，则自动实现声光报警功能，实现温度控制过程。关键字：温度测量温度控制信号放大 A/D转换声光报警设计要求： 1. 测量温度范围为200C～1650C，精度 0.50C； 2. 被测量温度与控制温度均可数字显示； 3. 控制温度连续可调； 4. 温度超过设定值时，产生声光报警。

温度测量控制系统的设计与制作

安阳师范学院课程设计报告名称：模拟电子技术课程设计题目：温度测量控制系统的设计和制作学号：101102041 学生姓名：刘亚敏指导老师：李建法日期：2011/12/14

目录一、模拟电子技术课程设计的目的和要求...................... - 1 - 二、课程设计名称及设计要求................................ - 1 - 三、总体设计思想.......................................... - 1 - 四、系统框图及简要说明.................................... - 1 - 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）................ - 2 - 六、总体电路：............................................ - 6 - 七、仿真结果：............................................ - 6 - 八、实际测量数据分析...................................... - 7 - 九、设计感想.............................................. - 7 - 附录1：元器件清单......................................... - 8 - 附录2：参考文献........................................... - 8 -

DS18B20温度测量与控制实验报告

课程实训报告《单片机技术开发》专业：机电一体化技术班级： 104201 学号： 10420134 姓名：杨泽润浙江交通职业技术学院机电学院 2012年5月29日

目录一、DS18B20温度测量与控制实验目的…………………… 二、DS18B20温度测量与控制实验说明…………………… 三、DS18B20温度测量与控制实验框图与步骤…………………… 四、DS18B20温度测量与控制实验清单…………………… 五、DS18B20温度测量与控制实验原理图………………… 六、DS18B20温度测量与控制实验实训小结………………

1.了解单总线器件的编程方法。 2.了解温度测量的原理，掌握DS18B20 的使用。

本实验系统采用的温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司推出的增强型单总线数字温度传感器。 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，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、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。DS18B20测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内,精度为±0.5°C。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。 DS18B20 内部结构 DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器。 DS18B20 的管脚排列如下: DQ 为数字信号输入/输出端；GND 为电源地；VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。光刻ROM 中的64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。64 位光刻ROM 的排列是：开始8 位（28H）是产品类型标号，接着的48 位是该DS18B20 自身的序列号，最后8 位是前面56 位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻OMR 的作用是使每一个DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的。 DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以12 位转化为例:用16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S 为符号位。这是12 位转化后得到的12 位数据，存储在18B20的两个8 比特的RAM 中，二进制中的前面5 位是符号位，如果测得的温度大于0，这5 位为0，只要将测到的数值乘于0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于0，这5 位为1，测到的数值需要取反加 1 再乘于0.0625 即可得到实际温度。

温度测量控制技术

温度测量控制技术一、目的 1. 学会使用触点温度计，掌握恒温槽的控制技术。 2. 了解恒温槽的构造及各部件的作用，初步掌握其安装和使用方法。 3. 测绘恒温槽的灵敏度曲线。二、仪器和试剂玻璃缸恒温槽和超级恒温槽各一套（浴槽、加热器、触点温度计、电子继电器、搅拌器、精密温度计）三、原理许多物理化学参数的测定须在恒温条件下进行，一般采用恒温水浴来获得恒温条件，恒温槽是常用的一种以液体为介质的恒温装置，恒温槽包括玻璃缸恒温槽和超级恒温槽。 1．恒温槽的结构讲解本实验所用玻璃缸恒温槽装置，超级恒温槽的结构。恒温槽一般由浴槽、温度调节器（水银接点温度计）、继电器、加热器、搅拌器和温度计组成。当浴槽的温度低于恒定温度时，温度调节器通过继电器的作用，使加热器加热；当浴槽的温度高于所恒定的温度时即停止加热。因此，浴槽温度在一微小的区间内波动，而置于浴槽中的系统，温度也被限制在相应的微小区间内而达到恒温的要求。恒温槽各部分设备介绍如下： ⑴浴槽当控温范围在室温附近时，浴槽常用玻璃槽，便于观察系统的变化情况，浴槽的大小和形状可根据需要而定。在常温下，多采用水作为恒温介质。为避免水分蒸发，当温度高于50℃时，常在水面上加一层石蜡油。 ⑵加热器常用加热器（如电阻丝等）。要求加热器惰性小、导热性好、面积大、功率适当。加热器的功率大小会影响温度控制的灵敏度。 ⑶温度计恒温槽中常以一支0.1℃分度的温度计测量浴槽的温度。 ⑷搅拌器搅拌器以马达带动，常采用调压器调节其搅拌速率，要求搅拌器工作时，震动小、噪声低、能连续运转。搅拌器应安装在加热器的上方或附近，以使加热的液体及时分散，混合均匀。 ⑸温度调节器它是决定恒温槽加热或停止加热的一个自动开关，用于调节恒温槽所要求控制的温度。实验室中常用水银接点温度计（又称水银触点温度计）水银接点温度计下半部为一普通水银温度计，但底部有一固定的金属丝与接点温度计中的水银相连接；在毛细管上部也有一金属丝，借助磁铁转动螺丝杆，可以随意调节改金属丝的上下位置。螺杆的标铁和上部温度标尺相配合可粗略估计所需控制的温度。浴槽升温时，接点温度计中的水银柱上升，当达到所需恒定的温度时，就与上方的金属丝接触；温度降低时与金属丝断开。通过两引出导线与继电器相连，达到控制加热器回路的断路或通路。水银接点温度计只能作为温度的调节器，不能作为温度的指示器，恒温槽的温度由精密温度计指示。水银接点温度计控温精度通常是±0.1℃。当要求更高精度时，可选用控温精度更高的温度调节

温度测量与控制-课程设计

赣南师院物理与电子信息学院感测技术课程设计报告书题目：温度测量与控制姓名：班级：指导老师：时间：一、系统功能本温度控制器可以实现以下的功能：

（1）采集温度，并通过LED数码管显示当前温度。LED数码管显示温度格式为四位，精确度可达±0.1℃。例如：25℃显示为025.0。（2）通过按键可自由设定温度的上下限，并能在LED数码管显示设定的温度上下限值。（3）通过控制三极管的导通与否来控制继电器的关断，继而控制外部加热（电烙铁升温）和制冷（小型电风扇降温）装置，使环境温度保持设定温度范围内。（4）具有温度报警装置。当温度高于上限值，红灯亮起；或者低于下限值，黄灯亮起，并发出报警声。二、系统原理框图 2.1 系统总体方案该温度控制器的系统总体方框图如图1所示。该系统主要包含DS18B20温度采集电路、输入控制电路、晶振复位电路、数码管显示电路、继电器控制电路，等外围电路组成。图1 系统总体方框图 2.2 系统原理图

图2 系统原理图三、传感器的选用和介绍综合各方面考虑，本设计我们选择的温度传感器是DS18B20。 3.1 DS18B20的主要特性 DS18B20的主要特性如下。 1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 2）在使用时不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 3）独特的单线接口方式：DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。 4）测温范围：-55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。 5）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。 7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最

基于单片机的温度测量控制系统设计

目录 1引言 (2) 1.1问题的提出…………………………………………………………… (2) 1.1.1什么是温度控制…………………………………………………………… (2) 1.2设计目的…………………………………………………………… (2) 2设计方案 (3) 2.1硬件设计方案…………………………………………………………… (3) 2.2软件设计方案…………………………………………………………… (3) 3硬件设计 (5) 3.1主控制部分AT89S51的设计方案 (5) 3.2温度采集模块…………………………………………………………… (7) 3.3显示模块…………………………………………………………… (7) 4软件设计 (9) 4.1温度采集…………………………………………………………… (9) 4.2键盘输入…………………………………………………………… (10) 4.3 LCD显

示…………………………………………………………… (11) 5总结 (12) 6参考文献 (15) 附录1设计原理图 (14) 附录2设计程序 (15)

1引言 1.1问题的提出温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 1.1．1什么是温度控制温度控制系统由温控器和热电偶组成，热电偶检测温度并转换成电信号传给温控器，温控器根据所设定的温度发出控制信号，温度高于设定温度上限停止加热系统或开启降温系统，低于设定温度下线停止降温系统或开启加热系统。 1.2设计目的本设计以AT89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。由键盘输入预设温度，比较实际环境温度与预设温度再由单片机做出相应的处理已以达到温度控制的目的。

温度测量及控制实验

温度测量及控制实验一、实验目的 1、了解热电阻或热电偶等温度传感器的工作原理和与工作特性； 2、学习PID控制方法和原理，加深对各式温度传感器工作特性的认识。二、实验原理 PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器，属于正温度系数热敏电阻传感器，具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。其电阻和温度变化的关系式如下：R=R0(1+αT) 其中α=0.00392，R0为100Ω(在0℃的电阻值)，T为摄氏温度依据1821年塞贝克发现的热电现象，即：当两种不同的导体或半导体接成闭合回路时，如果它们的两端接点的温度不同，则在该回路中就会产生电流。这表明回路中存在电动势，称为塞贝克温差电势，简称热电势。 K型热电偶是以镍铬合金为正极，镍硅合金为负极的两导体的一端焊接而成的。这两根导体的焊接端称为K型的热电极，其焊接端为热端，非焊接端为冷端。在进行温度测量时，将插入被测的物体介质中，使其热端感受到被测介质的温度，其冷端置于恒定的温度下，并用连接导线连接电气测量仪表。由于两端所处的温度不同，在回路中就会产生热电势，在保持冷端温度不变的情况下，产生的热电势只随其热端温度而变化。因此，用电气测量仪表测得热电势的数值后，便可求出对应的温度数值。由于这种合金具有较好的高温抗氧化性，可适用于氧化性或中性介质中。K型热电偶能测量较高温度，可长期测量1000度的高温，短期可测到1200度。 1.系统框图控制系统的主要工作过程是：用户在人机界面上设置目标温度及各个控制参数，热电偶测量被控对象的温度信号，经过EM231热电偶模拟量输入模块转换为标准的数字量，PLC作出相应的数字处理，并进行PID控制的运算。在固态继电器输出方式下通过输出过程映像寄存器发出PWM波来驱动固态继电器控制加热器工作。在调压模块输出方式下通过模拟量输出模块EM232驱动调压模块控制加热器工作。

温湿度检测控制系统

1 前言温度和湿度的检测和控制是许多行业的重要工作之一，不论是货品仓库、生产车间，都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测与控制系统就显得非常重要。温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。对于国外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。 2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT10型智能化温度/温度传感器，体积与火柴头相近。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的围是0～100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±2%RH。测量温度的围是-40℃～

风险控制矩阵介绍

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风险控制矩阵描述介绍
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目录
? 内控流程记录概述 ? 流程记录 ? 风险控制矩阵简介 - 风险控制矩阵编制的目的 - 风险控制矩阵的运用 ? 小结 ? 课堂练习
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内部控制记录概述
风险与流程匹配后，对流程进行梳理
为满足此要求需要制作以下2套资料
流程图及注释流程描述
风险控制矩阵
(Excel) Excel)
?相关的重要交易是怎样发生、授权、记录、处理和报告的信息 ?重大错报可能发生的具体信息
评估（a）内部控制的有效性，以及（b）内部控制防止或发现财务报告的舞弊以及资产的挪用等效果
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内部控制记录概述
流程图
①将业务描述上记载的内容做成流程图 ②确定容易引起重大错报的风险
企业名称：组织名称：＊＊＊循环：销售流程：接受订单
流程描述
对相关的流程的操作步骤按照实际情况进行描述
风险控制矩阵
具体记载流程图上特定的为降低风险而实施的控制活动的相关内容
企业名称：组织名称：＊＊＊循环：销售 1. 2. 3. R-1 4. 5. 流程：接受订单
企业名称：组织名称：＊＊＊循环：销售流程：接受订单
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风险 ??????????? （R-1）控制（R-1）
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注上风险号码
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