温度控制器的设计
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度控制器就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
温度控制器是一种温度控制装置，它根据用户所需温度与设定温度之差值来实现控制，从而达到改变用户所需温度的目的。实现以上目的的方法理论上有很多，但目前业界主要有机械式温度控制器及智能电子式两大系列。现代信息技术的三大基础是信息采集控制(即温度控制器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度控制器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。
数显温度控制器是近年发展起来的新一代工业自动化检测、控制温度的通用型仪表，它采用先进的大规模集成电路，应用独特的非线性校正技术，把测温传感器反馈给仪表的实时温度值与控制器预定设置的控制值进行快速地逻辑比较、运算、指令输出控制，从而达到稳定控制温度的目的。数显温度控制器与传统的动圈型温度控制器、电子温度控制器相比，具有显示精度高、温度控制性能好、抗震性强、可靠性佳，以及造型美观、价格便宜等优点。可广泛应用于塑料机械、包装机械、食品机械以及冶金、制冷、化工、医疗设备等行业的温度检测控制。
传统的温度控制方式是常规的继电器带动接触器控制，它只能在一段范围内实现温度控制,而且属于有触点控制,因此存在控制精度低、工作可靠性差、能耗大、使用成本高（电热组件消耗太大）等缺点。 而新一代的数字温度控制器由于采用了智慧单片机作为其控制核心，它能在工作过程中不断对控制温度进行自动修正，而且整个数字温控器采用无触点控制，所以可有效提高系统的测量、控制精度和具有很高的工作可靠性。数字温控仪除了有先进的硬件结构以外，更配合了完善的软件系统，使得该温控器具备各种完善的报警及保护功能，例如，可设定被控温度的上限报警；可对传感器短路或者开路进行报警，并同时切断加热控制器，启动保护；在温控器的软件程序中还加入了抗干扰的部分，使得该温控器具有保证各性能指针不受干扰，仪表正常工作等功能。
常见的温度控制器基本分类： 一、机械式温度控制器分为：蒸气压力式温度控制器、液体膨胀式温度控制器、气体吸附式温度控制器、金属膨胀式温度控制器。 其中蒸气压力式温度控制器又分为：充气型、液气混合型和充液型。家用空调机械式温度控制器都以这类温度控制器为主。 二、电子式温度控制器分为：电阻式温度控制器和热电偶式温度控制器近百年来，温度控制器的发展大致经历了以下阶段：
1.模拟、集成机械式温度控制器；
2.电子式智能温度控制器。目前，国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式、电子式由集成化向智能化、网络化的方向发展。
温度控制器发展初期是机械式温度控制器，这类温度控制器采用双金属片或充气膜盒感测温度，使用波段开关直接调整风速。双金属片温度控制器现基本已淘汰，只使用在一些要求不高较低档场合；充气膜盒温度控制器当前较流行，但总体来讲机械式温度控制器缺点十分明显：
1.机械式温度控制器外观陈旧呆板。
2.机械式温度控制器控温精度差。
3.容易打火（直接切换强电）。
4.极易在一个极小温差范围内频繁开关水阀（风阀）。
5.功能比较单一。
在当今电子信息时代，电子自动化、信息采集控制在任何行业都是不可逆转的潮流，电子式温度控制器全面取代机械式温度控制器将在未来很短时间内实现，有人会问：“市场为什么目前看来机械式温度控制器比电子式可靠？”，只是因你使用的电子温度控制器没作好，一个设计精湛考虑周全的智能电子温度控制器绝对比机械式温度控制器可靠。
进入21世纪后，智能温度控制器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟温度控制器和网络温度控制器、研制单片测温控温系统等高科技的方向迅速发展。
一 提高温度控制器测温精度和分辨力
在20世纪90年代中期最早推出的智能温度控制器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到2℃。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9～12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5～0.0625℃。为了提高多通道智能温控器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。
二 增加温度控制器测试功能
新型智能温度控制器的测试功能也在不断增强。例如，采用DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度控制器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。
智能温度控制器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度控制器而言，主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率，分辨力及最大转换时间。
三 温度控制器总线技术的标准化与规范化
目前，智能温度控制器的温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和SPI总线。采用的温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。
四 温度控制器可靠性及安全性设计
传统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度控制器普遍采用了高性能的Σ－Δ式A／D转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。Σ－Δ式A／D转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低；由于采用了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度控制器兼有抑制串模干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。
为了避免在温度控制器系统受到噪声干扰时产生误动作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能温度传感器的内部，都设置了一个可编程的“故障排队(fAultqueue)”计数器，专用于设定允许被测温度值超过上、下限的次数。仅当被测温度连续超过上限或低于下限的次数达到或超过所设定的次数n(n=1～4)时，才能触发中断端。若故障次数不满足上述条件或故障不是连续发生的，故障计数器就复位而不会触发中断端。这意味着假定n=3时，那么偶然受到一次或两次噪声干扰，都不会影响温控系统的正常工作。
ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先进配置与电源接口”)规范的温控系统。这种系统具有完善的过热保护功能，可用来监控笔记本电脑和服务器中CPU及主电路的温度。微处理器最高可承受的工作温度规定为tH，台式计算机一般为75°C，高档笔记本电脑的专用CPU可达100°C。一旦CPU或主电路的温度超出所设定的上、下限时， INT端立即使主机产生中断，再通过电源控制器发出信号，迅速将主电源关断起到保护作用。此外，当温度超过CPU的极限温度时，严重超也能直接关断主电源，并且该端还可通过独立的硬件关断电路来切断主电源，以防主电源控制失灵。上述三重安全性保护措施已成为国际上设计温控系统的新观念。
为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片。一些智能温度控制器还增加了ESD保护电路，一般可承受1000～4000V的静电放电电压。通常是将人体等效于由100PF电容和1.2K欧姆电阻串联而成的电路模型，当人体放电时，TCN75型智能温度传感器的串行接口端、中断／比较器信号输出端和地址输入端均可承受1000V的静电放电电压。
五 虚拟温度控制器和网络温度控制器
1.虚拟温度控制器
虚拟温度控制器是基于温度控制器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成温度控制器的标定及校准，以实现最佳性能指标。最近，美国B&K公司已开发出一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯一的产品序列号并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。
2.网络温度控制器
网络温度控制器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能温度控制器。它通过数字传感器首先将被测温度转换成数字量，再送给微控制器作数据处理。最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源共享，在更换传感器时无须进行标定和校准，可做到“即插即用(Plug&PlAy)”，这样就极大地方便了用户。
六 温度控制器单片测温控制系统
单片系统(System On Chip)是21世纪一项高新科技产品。它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108～109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。目前，国际上一些著名的IC厂家已开始研制单片测温系统，相信在不久的将来即可面市。
然而，温度控制器的发展，在很大程度上，主要取决于温度传感器的发展程度。而传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。不可否认，国产传感器在其产品种类、产品质量及其应用领域中与国外的传感器产品仍有较大的差距。但是，我们也应该看到国产传感器打入国际市场的势头与决心。因此，只有充分掌握好传感器技术，在此基础上再从提高其精度、扩展其功能出发，以及完善并提高其可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技，才能够把握住温度测控技术的发展方向。
