文献综述

文献综述 摘要

在工业自动化系统中，工业过程控制、过程监测及机电一体化控制等，都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。在单片机硬件得到迅速发展的同时，开发单片机所用软件的开发语言也发生了变化，单片机控制系统己经实现了智能化控制，它提高了系统的开发效率也提高了产品质量等由于单片机在体积、功耗、价格和操作性能等方面的优势，它己得到广泛的应用。数据测量与控制是计算机实践应用的主要方向之一，数据的采集、处理和控制等的实现都是该领域的需要核心解决的问题。而温度值在很多控制系统中是一个重要的指标。某些控制场合下温度指标值有时要求准确多点实时测量。目前市场中大多数温度测量系统均为单点温度测量，由于采样位数偏低或编程算法冗长等原因，出现其测量温度精度不准确。系统开发起来比较浪费工时，同时系统的干扰问题也很难解决。温度传感器正向数字式和智能化的方向发展，能够让温度测量系统能更好地应用到各种控制领域。

关键词：温度测量 传感器 嵌入式系统

1.1 集中供热现状

集中供热(又称区域供热)是在十九世纪末期，伴随经济的发展和科学技术的进步发展起来的。集中供热与传统的分散供热相比，能大量节省能源和减少一氧化碳及一氧化硫的排放，不仅是完善城市基础设施、促进城市现代化的客观要求，更是国民经济可持续发展、提高城市人民生活水平的重大举措，具有明显的经济效益和社会效益

[1]

。

集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源通

过热网向城市、镇或其中某些区域热用户供应热能的方式。口前己成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。集中供热之所以得到了迅速发展，是与其自身特点分不开的，集中供热与分散供热比较，有很多优势。

①提高能源利用率、节约能源。供热机组的热电联产综合热效率可达85%，而大型汽轮机组的发电热效率一般不超过40%;区域锅炉房的大型供热锅炉的热效率可达80 %-90%，而分散的小型锅炉的热效率只有50%-60%。

②有条件安装高烟囱和烟气净化装置，便于消除烟尘，减轻大气污染，改善环境卫生，还可以实现低质燃料和垃圾的利用。可以腾出大批分散的小锅炉房及燃料、灰渣堆放的占地，用于绿化，改善市容。

③减少司炉人员及燃料、灰渣的运输量和散落量，降低运行费用，改善环境卫生。

④易于实现科学管理，提高供热质量。实现集中供热是城市能源建设的一项基础设施，是城市现代化的一个重要标志，也是国家能源合理分配和利用的一项重要措施[2]。

1.2国内外供热现状

1.2.1国外供热现状

集中供热在欧美国家己经有一白多年的历史，美国从1877年、俄罗斯从1903年开始就有了集中供热工程。欧洲特别是挪威、瑞典和丹麦的供热技术非常具有特色，它们利用海水、湖水、地下水等作为热源，通过热泵装置获取热水作为冬季供热之用。在瑞典，容量最大的热泵站位于斯德哥尔摩，利用海水作为热源，供热能力达到160Mw[3-5]。丹麦的集中供热尤其著名，在从1985到2005年的20年中，丹麦的集中供热占整个热力市场份额从30%增加到了60%[6]。

从20世纪70年代能源危机以来，欧美国家为了节约能源，在供热系统节能方面作了大量的工作，确定了有关的政策、法规和措施，特别是对供热系统安装自动控制装置，以使用户能够充分利用自由热，对舒适度提出了明确的要求[7]。国外发达国家的先进集中供热系统均为动态的变流量系统，其调节与控制技术先进，调控手段完善，设备质量高，在换热站的一次水系统中均安装有变频调速的水泵，差压控制器、电动调节阀、气温补偿器以及回水温度限制器等设备，有了一整套成熟的供热系统运行模式。国外供热系统大多在用户入日有温控器维持温度，有循环泵保证流量几在热源处采用集中质调节或量调节，由于量调节的节能效果显著，在国外得到普遍应用。这种集中

和局部自控装置的设置，自动调节用户用热量的变化，保证了室内热舒适的要求，有效减少了热能浪费。随环境问题日益突出，西欧国家政府和公众对供暖计量控制的认识又进一步上升到保护环境高度[8]最近大约一十多年来，欧洲国家关于供热计量的政策规范及技术在实践中不断补充完善，计量与温控技术亦日臻成熟，代表了当今世界的先进水平。

1.2.2国内供热现状

我国城市集中供热与世界发达国家相比起步较晚，上世纪80年代以前发展速度比较缓慢，技术设备和经营管理都比较落后。我国的集中供热始于第一个五年计划期间，当时供热工程的设计、施工和运行管理工作，主要是以学习原苏联的供热技术为依据。十一届二中全

会后，随着改革开放的深入发展，城市集中供热事业才受到了社会的重视并有了一定程度的发展[9]。到一十一世纪初，我国城市集中供热发展迅猛，2003年全国668个城市中己有近400个城市建设了集中供热设施[10]。集中供热工程在我国的迅速发展取得了明显的节约能源、改善环境的综合效益，成为城市治理污染和提高能源综合利用率的必要手段之一，是提高人民生活质量的公益性基础设施，符合国家可持续发展战略[11]。目前我国市场上常是通过锅炉房间歇供热，或通过人工进行就地调整阀门实现“分时供热”（不仅麻烦，而且有时是牵

一发而动全身），既影响供热的品质与舒适性造成时冷时热，又

因为供热系统的特点决定了某个局部的不适当地调整，极有可能造成全系统的水力失调和热力失调[12]。

与国外发达国家相比，我国口前的集中供热系统还相当落后，卞要体现在能源利用率不高和热能损失。据预测，2010年约缺能8% ， 2040年将缺能24%所以提高能源利用率和减少热能损失迫在眉睫[13]。

造成我国供热系统相对落后的卞要原因是:

(1)低效率、低品质、高能耗。国内供热系统目前多处于低效率运行，采用的控制方式多为“大流量小温差”控制，“大马拉小车”现象严重，实际供热面积只占供热设备额定负荷的40%左右。热量规划不合理，管网运输效率低、管道泄漏和偷水现象严重。

(2)缺乏有效的检测和控制手段。我国现行的换热站运行管理仍处于手工操作阶段，大部分仅以一次网回水温度值为标准，难以保证远端用户热品质几操作人员难以及时准确的获得远程数据，无法对运行工况进行系统的分析判断几系统运行工况失调难以消除，造成用户冷

热不均，供热量与需热量不匹配，热能大量浪费。

(3)缺乏有效的节能措施。在我国，集中供热方式日益普遍，虽然在当前基础条件下难以实现按需用热和分户计量，但是可以在较少的投入下，应用先进的控制技术和自动调节装置实现分时段、分区域供热，有效的提高节能效率[14]。

1.3选题背景及意义

公共建筑既是人类活动的基本场所，又是大量消耗能源的重要环节。统计表明，我国每年新增的公共建筑项目中，节能建筑只占3 %-5%大部分的既有建筑为非节能建筑;采暖能耗指标很高，是同气候条件下欧洲国家的3~4倍。随着我国经济社会的发展，公共建筑高耗能的问题日益突出，我国既有公共建筑的节能改造任务是艰巨的，特别是经过30多年的高速增长期，在国家公共建筑和居住建筑节能设计标准进入强制执行时期后，公共建筑的节能改造任务非常繁重

[15]

。

节能减排是我国一个重要而艰巨的工作，是落实科学发展

观，构建“资源节约型，环境友好型”和谐社会的不可或缺的组成部分。建设部在《关于推进供热计量的实施意见》中明确了实施供热计量的技术措施:室外供热系统的热源、换热站、管网、建筑物必须安装计量装置和力平衡、气候补偿、变频等调控装置。既有非节能建筑及其供热系统的改造应同步进行，达到节能建筑和热计量的要求[16]。

我国政府、事业机构人均电力消耗和每建筑平方米能耗都比发达国家高出5-7倍，比一般的民用建筑高出10倍，有的地方高出20倍[17]。事实上，大量政府机关、事业机构的办公区域与宿舍等，有着十分鲜明的分时段用热特点。而目前只是由于缺乏有效的调节手段，无

法在供热管网中区别管理，而只好任凭热能无谓的消耗。在创建节约型社会的过程中，政府机关、事业机构办公楼进行供热节能和热计量改造极具现实意义。

1.4论文主要研究内容

针对口前供热系统出现的问题，采用换热站控制器，对大型供热区域实现集中调节。本文以河北师大供热系统，研制了换热站控制器进行本地控制，并与供热中心的上位机通信组成控制系统。系统采取本地控制与远程控制相结合的方法，这种网络化的控制系统，使远程

数据能够及时反馈到供热中心，在供热中心对各换热站进行统一调度。

为了更有效解决学校教学区与住宿区用热时段不同，研制了供热区域控制器，进行局部调节，实现分时分区域供热，有效调节分配系统各楼宇用热量，在保证供热品质及热用户舒适性的基础上使系统安全、可靠、节能、经济运行。

本文主要研究以下内容:

1.公共建筑控制系统构成、工作原理及节能分析。 2.公共建筑控制系统设计。 3.供热区域控制器设计。 4.节能成果与竹理系统优化效果。

2嵌入式系统

随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅速发展嵌入式系统在工农业等诸多领域得到了广泛的应用。传统的8位单片机已经暴露了本身资源有限的缺点， 越来越不能适应日渐复杂的应用需求，而随着32位处理器价格的不断下降，采用更高性能的32位处理器作为

嵌入式系统的核心成为更加合理的选择，ARM处理器是目前公认的业界 领先的32位嵌入式RISC微处理器。已成为许多行业嵌入式行业解决方案的RISC标准。开发一个集嵌入式控制、高效数据采集和网络通信于一体。并提供友好的人机操作界面的硬 件平台，对于提高智能嵌入式系统可靠性、组网灵活性很有 意义[18]。

计算机按照应用层面分为通用计算机和嵌入式 计算机。通用计算机具有一般计算机的基本标准形 态 ,通过装配不同的应用软件, 以基本雷同的面目出 现并应用于社会的各个领域 ,其典型产品是 PC。而 非通用计算机———嵌入式计算机, 则是非通用计算 机形态的计算机应用, 它是以作为嵌入式系统的核 心部件的形式隐藏在各种装置、设备、产品和系统 中 :一台通用计算机的外部设备中就包含了 5 ～ 10 个嵌入式微处理器,键盘、鼠标、软驱、硬盘、显卡、显 示器、Moderm、网卡、打印机、扫描仪、USB集线器等 均是由嵌入式微处理器控制的。另外应用还有象机 顶盒﹑数字应用﹑ WebTV、ATM/POS﹑多媒体手 机﹑袖珍电脑﹑车载导航器﹑航空电子等等。可以 称为后 PC时代和后网络时代的新秀[19] 。据统计 , 这些嵌入式设备在数量上己远远超过通用计算机 , 其前景也备受人们看好。

计算机自 1946年诞生以来 ,在近 30年的历史 进程中 ,始终是作为实现数值计算的大型昂贵设备。直到 20世纪 70年代 ,微处理器的出现, 计算机才出 现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算 机以其小型、价廉、高可靠性特点, 迅速走向普及。 基于高速数值解算能力的微型机 , 表现出的智能化 水平引起了控制专

业人士的兴趣 , 要求将微型机嵌 入到一个对象体系中,实现对象体系的智能化控制。

这样一来,计算机便失去了原来的形态及通用的 计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统,把 嵌入到对象体系中,实现对象体系智能化控制的计算 机,称作嵌入式系统。因此 ,嵌入式系统诞生于微型 机时代,嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌 入到一个对象体系中去。由于嵌入式系统要嵌入到 对象体系中,实现的是对象的智能化控制,因此 ,它有 着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发 展方向,它是将先进的计算机技术、半导体技术和电 子技术和各行业的具体运用相结合的产物。

IEEE对嵌入式系统的定义是“用于控制、监视或 者辅助操作机器和设备的装置 ”,这主要是从应用对 象上加以定义,涵盖了软硬件及辅助机械设备。这就 意味着它是以应用为中心,以计算机技术为基础,软 硬件可裁减,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗等综合性要求严格的专用计算机系统。

3温度传感器

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）温度灵敏度，设计一个双金属FBG温度敏增装置，敏增装置利用不同金属热膨胀系数的差异巧妙的敏增装置，大幅度提高了FBG的温度灵敏度。从理论分析了增敏结构的敏增原理，并给出曾敏温度反应关系式，使用此敏增装置制作一种高灵敏度的FBG温度传感器。为了保证FBG温度传感器的稳定性，在制作工艺使用了低熔点玻璃焊接技术。试验中，测得增敏FBG温度传

感灵敏系数达到345.9pm/℃,是裸FBG的35倍，线性度为0.99989。对增敏前和增敏后的FBG反射谱进行了对比，结果表明，增明装置对FBG反射光的光率和反射谱影响很小[20]。

总结

通过本次文献查找为我接下来做毕业设计打下了扎实的基础，不至于没有一点方向，让我明白单片机领域有这么多的科研人员每天还在努力研究，单片机没有我想的那么简单，恰恰相反，这是一个需要我不断学习的领域。单片机领域对我而言是一个全新的世界，让我了解知之而有涯，学之而无涯。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qen7.html