热管散热器

摘要

本设计的目的就是设计一个基于PIC 单片机的散热器温度控制器，从而通过它以及几片热管散热器组成能够用于普通家庭的电采暖系统。针对温室环境调控自动化程度不高的现状, 设计了基于PIC16F877单片机的温室自动控制系统, 介绍了温室控制的硬件组成及工作原理, 给出了软件流程图。本设计以PIC16F877单片机为核心，DS18B20温度传感器测量温度，实现对室内温度的测量统计和改变，并能将室内温度、需要到达的温度及整个系统所用功率用LCD 实时显示。硬件部分利用温度传感器测量出室内温度传入单片机系统，然后单片机系统通过将信号处理显示，通过按键部分，人为进行设定，可以选择工作模式；再通过合理的算法算出整个系统所用的功率，并加以显示。可以达到更加经济节能的效果。通过此课题的研究可以解决室内温度智能控制与监测的问题，具有较大实际应用价值。软件部分采用C 语言进行编程, 采用模块化设计。

关键词：智能，pic 单片机，温度传感器

Abstract

The purpose of this design is to design a PIC microprocessor based on the radiator, and through it the temperature controller and a piece of heat pipe radiator composition can used for general electric heating system of the family. For greenhouse

environment control automation degree is not high, the current situation of the design

based on PIC16F877 SCM greenhouse automatic control system, this paper

introduces the hardware and greenhouse control principle is given, and the software flow chart. This design with PIC16F877 single-chip microcomputer is the temperature sensor DS18B20, measuring temperature, realize the indoor temperature measurement statistics and change, and can will indoor temperature, the temperature and the need to use power system with LCD real-time display. Hardware part USES temperature sensor to measure the indoor temperature SCM system, and then single-chip

microcomputer system through will signal processing, through the key part of the show, the human Settings, can choose to work mode; Again through the reasonable algorithm calculate the whole system of the power used, and to display. Can achieve more economy energy saving effect. Through this topic research can solve the indoor temperature intelligence control and monitoring of the problems, which have great practical value. The software of the C programming language, modular design.

Keywords ：Intelligent, PIC microcontroller, temperature sensors

目 录

摘 要

第一章 概述

1.1 设计背景

1.2 设计简介

1.2.1散热管节能温度控制器的工作原理

1.2.2设计的主要内容及技术指标

1.2.3设计思想

1.2.4拟采用的技术方案

第二章 温度控制系统的设计与硬件电路

2.1 温度控制系统设计分析

2.2 单片机温度控制原理

2.3 方案选择

2.4硬件电路配置与分析

2.4.1 PIC16F877单片机

2.4.2 数据采集及转换电路

2.4.3 显示与按键输入电路

2.4.4负载驱动电路

2.4.5直流稳压电源

第三章 模糊控制器设计

3.1模糊控制原理

3.2模糊控制的组成

3.3模糊温度控制算法的实现

3.3.1查表法

3.3.2强度转移法

第四章 温度控制系统软件设计

4.1系统软件设计分析

4.1.1程序设计功能及作用

4.1.2. 软件设计

4.2 A/D检测模块

4.2.1 A/D转换原理

4.2.2数字滤波

4.2.3定时器TMR0的工作原理

4.2.4定时器TMR1的工作原理

4.2.5定时器TMR2的工作原理

4.3按键与显示模块

4.3.1按键模块

4.3.2显示模块

4.4.1输出原理

4.4.2标度变换

4.5系统粗略节能计算

总 结 致谢

第一章 概述

1.1设计背景

电采暖相比于集中供暖来说具有环保、体积小、安装方便、外形美观、节能等优点。而相比于传统的电暖风或油寝式电暖器而言，采用热管技术的热管散热器具有更好的散热效率，从而节能效果更佳。但若直接单纯地利用热管散热器来取暖则不能很好地将将室内温度控制在理想值，也可能由于散热器表面温度过高而极大的缩短散热器的使用寿命。为了能够更好的控制温度、延长散热器的使用寿命，并达到更好的节能效果，设计一个可靠且高效的控制器是很有必要的。本设计的目的就是设计一个基于PIC 单片机的散热器温度控制器，从而通过它以及几片热管散热器组成能够用于普通家庭的电采暖系统。

我国从国外引进的自动控制温室，由于控制的侧重点与我国气候条件不相匹配，且引进价格昂贵，运行费用高，因此难于在我国大规模推广和应用。目前，国内自行设计、自行建造的温室，大部分控制水平较低，现代化管理水平不高，不能满足作物全年高产栽培的要求，有些只能实现对部分环境因子的控制，在控制过程中没有考虑环境因子之间的相互影响、相互耦合关系；有些还需要人工控制。这些因素都极大地制约了温室经济效益的发挥。改变传统的控制方式，实行计算机监控，建立符合我国国情的温室自动化控制系统，对加快我国温室生产的现代化水平及提高温室的经济效益均具有重要意义。 作者在总结前人研究的基础上，分析了温室系统的环境参数、综合控制特性、以及温室控制过程这个非线性、大滞后的复杂过程；在分析现有温室监控系统模式及单片机特点的基础上，综合运用传感器技术、模糊控制理论、通讯技术和微型计算机技术，自行设计了一个实用的温室环境自动控制系统，可以实现对温室环境各参数的监控。 本系统硬件由上级机和下级机两部分组成。上级机为PC 微型计算机，它是整个监控系统的指挥中心，与下级机通过串行通信接口电路RS-232相连，实现对温室的统一管理和控制。在环境监控方面，应用模糊控制技术与理论，对温室这种非线性、滞后大的系统进行监控，能够实现作物对温室环境的要求。下级机的核心部件是MCS —96系列中的8098单片机，由它完成对温室环境参数的采集、预处

理、控制以及与上级机之间的数据通信。 系统软件由两部分组成。上级机软件用VB 开发，主要由系统参数设定模块、传感器标定曲线程序模块、控制参数设定模块、模糊控制总表确定模块、数据实时采集监控模块、历史数据再现模块、帮助文件模块等7大模块组成，每个模块都有一定的功能，并且相互独立。下级机软件用8098单片机汇编语言开发，主要由主程序模块、发送中断服务程序模块，接收中断服务程序模块、采样周期确定模块、数据采集程序模块、数据处理程序模块等6大模块组成。通过模拟实验的验证，整个系统操作方便、容错能力强、效率高且容易扩展，通用性、适用性都较强，为实现温室环境的多因素控制系统设计奠定了一定的技术基础。

热管技术是1963年美国LosAlamos 国家实验室的G.M.Grover 发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决，开辟了散热行业新天地。

从热力学的角度看，为什么热管会拥有如此良好的导热能力呢？物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。从热传递的三种方式：辐射、对流、传导，其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

编辑本段热管的基本工作

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1．3×(10负1－－－10负4)Pa 的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段) ，另一端为冷凝段(冷却段) ，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程：

(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到（液－－－汽）分界面；

(2)液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发；

(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；

(4)蒸汽在冷凝段内的汽．液分界面上凝结：

(5)热量从（汽－－液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源：

(6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。

编辑本段热管的基本特性

热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性。

(1)很高的导热性 热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。当然，高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，可能违反热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限；热管的轴向导热性很强，径向并无太大的改善(径向热管除外) 。

(2)优良的等温性 热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。

(3)热流密度可变性 热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。

(4)热流方向酌可逆性 一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。

(5)热二极管与热开关性能 热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。

(6)恒温特性(可控热管) 普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管备部分的温度亦随之变化。但人们发展了另一种热管——可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。

(7)环境的适应性 热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面(重力场) ，也可用于空间(无重力场) 。

上图表示了热管管内汽-液交界面形状, 蒸气质量流量, 压力以及管壁温度 T w 和管内蒸气温度 T v 沿管长的变化趋势. 沿整个热管长度, 汽-液交界处的汽相与液相之间的静压差都与该处的局部毛细压差相平衡。

△ Pc(毛细压头—是热管内部工作液体循环的推动力, 用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降

△ Pv, 冷凝液体从冷凝段流回蒸发段的压力降

△Pl 和重力场对液体流动的压力降(△Pg 可以是正值, 是负值或为零, 视热管在重力场中的位置而定) 。

因此，△ Pc ≥ △Pl +△ P v +△ Pg 是热管正常工作的必要备件。

由于热管的用途、种类和型式较多，再加上热管在结构、材质和工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常用的分类方法有以下几种。

(1)按照热管管内工作温度区分 热管可分为低温热管(—273－－－0℃) 、常温热管(0—250℃) 、中温热管[250－－－450℃) 、高温热管(450一1000℃) 等。

[2)按照工作液体回流动力区分 热管可分为有芯热管、两相闭式热虹吸管(又称重力热管) 、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等等。

(3)按管壳与工作液体的组合方式划分(这是一种习惯的划分方法) 可分为铜—水热管、碳钢。水热管、铜钢复合—水热管、铝—丙酮热管、碳钢·荣热管、不锈钢．钠热管等等。

(4)按结构形式区分 可分为普通热管、分离式热管、毛纫泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等。

(5)按热管的功用划分 可分为传输热量的热管、热二极管、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。

编辑本段热管的相容性及寿命

热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热管的工作性能。相容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的传热性能，长期的工作寿命及工业应用的可能性。碳钢－水热管正是通过化学处理的方法，有效地解决了碳钢与水的化学反应问题，才使得碳钢—水热管这种高性能、长寿命、低成本的热管得以在工业中大规模推广使用。

影响热管寿命的因素很多，归结起来，造成效管不相容的主要形式有以下三方面，即：产生不凝性气体：工作液体热物性恶化：管壳材料的腐蚀、溶解。

(1)产生不凝性气体 由于工作液体与管完材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体，在热管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冲凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化，传热能力降低甚至失效。

(2)工作液体物性恶化 有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，这主要是由于有机工作液体的性质不稳定，或与壳体材料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能，如甲苯、烷、烃类等有机工作液体易发生该类不相容现象。

(3)管壳材料的腐蚀、溶解、工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，引起强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。这类现象常发生在碱金属高温热管中。

编辑本段热管制造

1 .热管零部件及其加工

热管的主要零部件为管壳、端盖(封头) 、吸液芯、腰板(连接密封件) 四部分。不同类型的热管对这些零部件有不同的要求。

2 .管壳

热管的管壳大多为金属无缝钢管，根据不同需要可以采用不同材料，如铜、铝、碳钢、不锈钢、合金钢等。管子可以是标准圆形，也可以是异型的，如椭圆形、正方形、矩形、扁平形、波纹管等。管径可以从2mm 到200mm ，甚至更大。长度可以从几毫米到l00米以上。低温热管换热器的管材在国外大多采用铜、铝作为原料。采用有色金属作管材主要是为了满足与工作液体相容性的要求。 3 .端盖

热管的端盖具有多种结构形式，它与热管舶连接方式也因结构形式而异。端盖外圆尺寸可稍小于管壳。配合后，管壳的突出部分可作为氩弧焊的熔焊部分，不必再填焊条，焊口光滑乎整质量容易保证。

旋压封头是国内外常采用的一种形式，旋压封头是在旋压机上直接旋压而成，这种端盖形式外型美观，强度好、省材省工，是一种良好的端盖形式。

4. 吸液芯结构

吸液芯是热管的一个重要组成部分。吸液芯的结构形式将直接影响到热管和热管换热器的性能。近年来随着热管技术的发展，各国研究者在吸液芯结构和理论研究方面做了大量工作，下面对一些典型的结构作出简赂的介绍。

1．管芯型式

一个性能优良的管芯应具有：

(1)足够大的毛细抽吸压力，或较小的管芯有效孔径

(2)较小的液体流动阻力，即有较高的渗透率

(3)良好的传热特性，即有小的径向热阻．

(4)良好的工艺重复性及可靠性，制造简单，价格便宜。

管芯的构造型式大致可分为以下几类：

(1)紧贴管壁的单层及多层网芯此类管芯

多层网的网层之间应尽量紧贴，网与管壁之间亦应贴合良好，网层数有l 至4层或更多，各层网的目数可相同或不同．若网层多，则液体流通截面大，阻力小，但径向热阻大；用细网时毛细抽吸力大但流动阻力亦增加．如在近壁因数层用粗孔网，表面一层用细孔网，这样可由表面细孔网提供较大的毛细抽吸压力，通道内的粗孔网使流动阻力较小，但并不能改善径向热胆大的缺点．网芯式结构的管芯可得到较高的毛细力和较告的毛细提升高度，但因渗透率较低，液体回流阻力较大，热管的轴向传热能力受到限制．此外其径向热阻较大，工艺重复性差又不能适应管道弯曲的情况，故在细长热管中逐渐由其它管芯取代。

(2)烧结粉末管芯

由一定目数的金属粉末烧结在管内壁面而形成与管壁一体的烧结粉末管芯，也有用金属丝网烧结在管内壁面上的管芯．此种管芯有较高的毛细抽吸力，并较大地改善了径向热阻，克服了网芯工艺重复性差的缺点，但因其渗透率较差，故轴向传热能力仍较轴向槽道管芯及干道式管芯的小．

(3)轴向槽道式管芯

在管壳内壁开轴向细槽以提供毛细压头及液体国流通道，槽的截面形状可为矩形，梯形，圆形及变截面槽道，槽道式管芯虽然毛细压头较小，但液体流动阻力甚小，因此可达到较高的轴向传热能力，径向热阻较小，工艺重复性良好，可获得精确幼儿何参数，因而可较正确地计算毛细限，此种管子弯曲后性能基本不变，但由于其抗重力工作能力极差，不适于倾斜(热端在上) 工作对于空间的零重力条件则是非常适用的，因此广泛用于空间飞行器。

(4)组合管芯

一般管芯往往不能同时兼顾毛细抽吸力及渗透率．为了有高的毛细抽吸力，就要选用更细的网成金属粉末，但它仍的渗透率较差，组合多层网虽然在这方面有所提高，可是其径向热阴大．组合管芯跃能兼顾毛细力和渗透率，从而能获得高的轴向传热能力，而且大多数管芯的径向热阻甚小．它基本上把管芯分成两部分．一部分起毛细抽吸作用，另一部分起液体回流通道作用。

编辑本段制造工艺

如前所述，构成热管的三个主要组成部分是管壳、管芯和工质。在设计过程中，对答壳和管芯的材料进行合理的选择后就可以开始制作。通常热管的制造过程包括下面的工艺操作，并按一定的程序进行。

1、机械加工－－－2、清洗－－－3、管芯制作－－－4、清洗－－－5、焊接－－－6、检漏－－－－7、除气－－－8、检漏－－－9、充装－－－10、封接－－－11、烘烤－－－12、检验

实际制造的时候往往能达到20，甚至上百道的工序。这里只是最简单的一些必须工序。

热管是一种传热性极好的部件，其主要是一根封闭的金属管，内部有少量的工作介质，管内的空气已经排除在外。在常温下，管内是一种真空状态。

热管的工作原理是利用在真空状态下，液体的沸点降低的原理，液体产生蒸发，靠其蒸发潜热进行热量的传递，因为同种物质的汽化潜热比显热高得多，所以其传热能力相对传统的传导、对流、辐射要高出1~3个数量级，被称为传热的“超

导体”。

与热源靠近的一段（蒸发段）内的液体吸热而蒸发，并产生一个气压梯度，推动蒸汽携带汽化潜热经空腔流向另一段（冷凝段），汽化经管壁与外界冷媒体换热放出潜热完成传热任务，冷凝成液体，靠重力流回到蒸发段进入下一个工作环节。热管在工作时，蒸汽在热管内是饱和的，其压力取决于当时的实际温度。

利用热管技术能对许多老式散热器或换热产品和系统作重大的改进而产生出的新产品。

散热器的热阻是由材料的导热性和体积内的有效面积决定的。实体铝或铜散热器在体积达到0.006m3时，再加大其体积和面积也不能明显减小热阻了。对于双面散热的分立半导体器件，风冷的全铜或全铝散热器的热阻只能达到0.04℃/W。而热管散热器可达到0.01℃/W。在自然对流冷却条件下，热管散热器比实体散热器的性能可提高十倍以上。

热管原理

热管是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由三部分组成：主体为一根封闭的金属管，内部有少量工作介质和毛细结构，管内的空气及其他杂物必须排除在外。热管工作时利用了三种物理学原理：

⑴在真空状态下，液体的沸点降低；

⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多；

⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。

优点

热管问世以来，使电力电子装置的散热系统有了新的发展。无论何种散热方式，其最终散热媒体是空气，其他都是中间环接。空气自然对流冷却是最直接和简便的方式，热管使自冷的应用范围迅速扩大。因为热管自冷散热系统无需风扇、没有噪音、免维修、安全可靠，热管风冷甚至自冷可以取代水冷系统，节约水资源和相关的辅助设备投资。此外，热管散热还能将发热件集中，甚至密封，而将散热部分移到外部或远处，能防尘、防潮、防爆，提高电器设备的安全可靠性和应用范围。

随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，温室环境智能监控系统的研

究已经涉及到计算机技术、传感器技术、控制技术、通讯技术、生物技术以及环境科学等多种技术和学科。但现阶段，功能齐全的完全智能化的温室环境监控系统还处于实验阶段，实际应用的还不多，高、中档次的商品化温室主要被一些机关团体、军队、农场和科研单位采用，很少被个体及一般农民采用，普通农户采用最多的是自建的简易拱棚，结构简单、设备简陋，环境的综合调控难以实现，约占我国温室总量的60％以上。目前市场上出现的，多是单因子控制器，比如温度控制器、湿度控制器、温湿度控制器等，也有一些国外的大公司生产的智能温室监控系统或控制器，但一般价格昂贵，对于大部份农民来说还是可望不可及的。因此，为了提高温室的自动化程度和普及率，开发和研制温室环境智能监控系统是十分必要的[2]。

智能控制系统：

智能控制系统是一门新兴的学科，目前还没有同意的定义，它是智能机自动的完成其目标的控制过程，其中智能机可在熟悉或不熟悉的环境中自动地或人机交互地完成拟人任务，由智能机参与声场过程自动控制的系统称智能控制系统。

从1932年奈奎斯特发表反馈放大器的稳定性论文以来，控制理论科学的发展已经走过了60年地历程，其中前三十年是经典控制理论的成熟和发展阶段，后三十年是现代控制理论的形成和发展阶段它和其他学科一样，也是由于社会发展的需要，从解决重大工程和技术问题的实践中产生发展起来，而它的发展水平则受到人类技术手段和知识水平的限制。

随着人类科技的不断发展，受控对象越来越复杂，自动化技术也经历了从开环控制、闭环控制、最优控制、随机控制、自适应控制和学习控制，知道当前研究热点智能控制。

那么，智能控制系统有什么特点呢？

（1） 智能控制系统一般具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模

型表示的混合控制过程。它适用于含有复杂性、不完全性、模糊

性、不确定性和不存在已知算法的生产过程。它根据被控动态过

程特征辨识，采用开环控制和定性定量控制结合的多模态控制方

式。

（2） 智能控制器具有分层信息处理和决策机构。它实际上是对人神经

结构或专家决策机构的一种模仿。复杂的大系统中，通常采用任

务分块、控制分散的方式。智能控制核心在高层控制，它对环境

或过程进行组织、决策和规划，实现广义求解。要实现此任务需

要采用符号信息处理、启发程序设计、知识表示及自动推理和决

策的相关技术。这些问题求解与人脑思维接近。低层控制也属智

能控制系统不可缺少的一部分，一般采用常规控制。

（3） 智能控制器具有非线性。这是因为人的思维具有非线性，作为模

仿人的思维进行决策的智能控制也具有非线性特点。

（4） 智能控制器具有变结构特点。在控制过程中。根据当前的偏差及

偏差变化率的大小和方向，在调整参数得不到满足时以越变方式

改变控制器的结构，以改善系统的性能。

（5） 智能控制器具有总体自寻优特点。由于智能控制器具有在线特征

辨识、特征记忆和拟人特点，在整个控制过程中计算机在线获取

信息和实时处理并给出控制决策，通过不断优化参数和寻找控制

器的最佳结构形式，以获取整体最优控制性能

（6） 智能控制系统是一门新兴的边缘交叉学科，它需要更多的相关学

科配合支援，是智能控制系统具有更大的发展

最简单的温度控制器就是双金属片，是利用两种不同的金属的膨胀系数不同的原理工作的，将两种不同的金属片贴在一起，当温度升高时，由于膨胀系数不同，金属片就会向膨胀系数小的那边弯曲，带动开关动作，温度降低时，则会向另一边弯曲，饮水机里面的恒温开关（动作温度80℃）、电饭锅里的保温开关都用到了这种温控器。工业上用的温控器则一般采用半导体或电阻温度传感器（热敏电阻），当温度变化时，半导体的电阻发生相应的改变，然后由放大电路将这一变化放大，当温度到达设定的值，对应一个相应的电阻值，这时放大电路就会输出一个开关信号给相应的执行机构，比如断开加热电路，让温度不至于过高。温度降低时原理相同

1.2.2设计的主要内容及技术指标

A) 毕业设计（论文）的主要内容

（1） 课题研究的意义及目的，国内外研究的现状；

（2） 熟悉热管散热器的工作原理和基本特性；

（3） 控制器的方案论证；

（4） 控制系统的总体设计；

（5） 控制系统的硬件配置；

（6） 完成相应的软件编程。

B) 设计实现的主要功能

（1） 能够实时采集并显示室内温度；

（2） 可以让控制器工作做在节能和舒适两种模式。节能模式下，将室内温度控制在某一特定范围；舒适模式下，将温度控制在设定的温度值。

（3） 能都通过按键实现恒温控制模式下给定温度值的输入；

（4） 能够通过采集电压电流信号来大致计算出采暖系统的实时功率，并显示。

（5） 将简单模糊控制策略应用于温度控制系统中达到更加节能的效果；

C) 主要技术指标

本系统要求运行安全可靠，模式切换方便可行。主要技术指标

1）节能模式下将室内温度控制在18℃附近。

2）舒适控制模式下温度控制精度1℃；

3）设计输出功率5KW 。

4）采暖设备表面温度低于90℃。

1.2.3设计思想

显示温度的话用普通的温度传感器就行，设置几个按键用于可以调节模式和温度设定值，通过比较实测温度和设定值来确定加大或者减少加热器功率，测电压可以先分压后在用单片机自带的AD ，电流可以用检测电阻或者其他方案。

热管散热器智能控制系统设计思路：

1. 系统采用DS18b20做为温度采集模块，对室内温度进行采集。

2. 采用固态继电器做为热管散热器电流控制模块。

3. 采用液晶显示模块12864做为人机操作界面。

4. 通过单片机的数模转换功能采集热管散热器的功率参数电压、电流。

5. 使用PID 算法、模糊控制技术进行温度控制。

6. 使用独立按键进行人工参数的设定。

设计中需要解决的关键问题：

本次毕业设计中会遇到两个比较关键的问题：

（1） 软件问题，软件设计的是否合理是关系到该热管散热器是否正常

工作重要因素，是该系统的一个重要部分，尤其是温度的采集和

设定两种模式的那一块，以及怎么样通过按键来实现给定温度的

输入的功能。

（2） 编程问题，此次设计为毕业设计，不同于以往我们所做的课程设

计，量非常的大，如何正确且合理的编好程序就成了重中之重，

所以我需要重新复习一遍编程方面的知识，做好编程。

（3） 如何设计出通过采集电压电流信号来大致算出采暖系统的实时功

率并显示的这一块，我还没有查到相关资料还需要向老师和同学

认真请教好完成这一块的设计。