溫控器屬于信息技術(shù)的前沿產(chǎn)品，尤其是溫控器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。近百年來(lái)，溫控器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段； (1)模擬、集成溫度控制器；(2)智能數(shù)碼溫控器。目前，上新型溫控器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。
１ 溫控器的產(chǎn)品分類(lèi)
1.1模擬、集成溫度控制器
模擬溫度控制器主要包括溫控開(kāi)關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫控器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。
1.2智能溫控器
智能溫控器(亦稱(chēng)數(shù)字溫控器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。目前，上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫控器系列產(chǎn)品。智能溫控器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、*控制器(cpu)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫控器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試控制功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。
2 智能溫控器發(fā)展的新趨勢(shì)
進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫控器正朝著高精度、多功能、總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬溫控器和網(wǎng)絡(luò)溫控器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。
2.1提高測(cè)溫精度和分辨力
在20世紀(jì)90年代中期zui早推出的智能溫控器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到2°C。目前，國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625°C。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。
2.2增加測(cè)試功能
新型智能溫控器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，采用DS1629型單線(xiàn)智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶(hù)的短信息。另外，智能溫控器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開(kāi)發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。
智能溫控器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。對(duì)某些智能溫控器而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過(guò)相應(yīng)的寄存器來(lái)設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率，分辨力及zui大轉(zhuǎn)換時(shí)間。
2.3總線(xiàn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化
目前，智能溫控器的溫度傳感器的總線(xiàn)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線(xiàn)主要有單線(xiàn)(1-Wire)總線(xiàn)、I2C總線(xiàn)、SMBus總線(xiàn)和spI總線(xiàn)。采用的溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)總線(xiàn)接口與主機(jī)進(jìn)行通信。
2.4可靠性及安全性設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫控器普遍采用了高性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再利用過(guò)采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來(lái)提高有效分辨力。Σ－Δ式A／D轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)外圍元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會(huì)影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種智能溫控器兼有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線(xiàn)性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
為了避免在溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫度傳感器的內(nèi)部，都設(shè)置了一個(gè)可編程的“故障排隊(duì)(fAultqueue)”計(jì)數(shù)器，于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測(cè)溫度連續(xù)超過(guò)上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的次數(shù)n(n=1~4)時(shí)，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿(mǎn)足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味著假定n=3時(shí)，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾，都不會(huì)影響溫控系統(tǒng)的正常工作。
ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進(jìn)配置與電源接口”)規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過(guò)熱保護(hù)功能，可用來(lái)監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器中CPU及主電路的溫度。微處理器zui高可承受的工作溫度規(guī)定為tH，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為75°C，筆記本電腦的CPU可達(dá)100°C。一旦CPU或主電路的溫度超出所設(shè)定的上、下*， INT端立即使主機(jī)產(chǎn)生中斷，再通過(guò)電源控制器發(fā)出信號(hào)，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過(guò)CPU的極限溫度時(shí)，嚴(yán)重超鹵ň涑齠?T_CRIT_A)也能直接關(guān)斷主電源，并且該端還可通過(guò)獨(dú)立的硬件關(guān)斷電路來(lái)切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護(hù)措施已成為上設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)的新觀念。
為防止因人體靜電放電(ESD)而損壞芯片。一些智能溫控器還增加了ESD保護(hù)電路，一般可承受1000~4000V的靜電放電電壓。通常是將人體等效于由100PF電容和1.2K歐姆電阻串聯(lián)而成的電路模型，當(dāng)人體放電時(shí)，TCN75型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷／比較器信號(hào)輸出端和地址輸入端均可承受1000V的靜電放電電壓。LM83型智能溫度傳感器則可承受4000V木駁綬諾緄繆埂
開(kāi)發(fā)的智能溫度傳感器(例如MAX6654、LM83)還增加了傳感器故障檢測(cè)功能，能自動(dòng)檢測(cè)外部晶體管溫控器(亦稱(chēng)遠(yuǎn)程傳感器)的開(kāi)路或短路故障。MAX6654還具有選擇“寄生阻抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫(xiě)為prc)模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線(xiàn)阻抗所引起的測(cè)溫誤差，即使引線(xiàn)阻抗達(dá)到100歐姆，也不會(huì)影響測(cè)量精度。遠(yuǎn)程傳感器引線(xiàn)可采用普通雙絞線(xiàn)或者帶屏蔽層的雙絞線(xiàn)。
2.5虛擬溫控器和網(wǎng)絡(luò)溫控器
(1)虛擬溫控器
虛擬溫控器是基于溫控器硬件和計(jì)算機(jī)平臺(tái)、并通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)而成的。利用軟件可完成溫控器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)*性能指標(biāo)。zui近，美國(guó)Ｂ＆Ｋ公司已開(kāi)發(fā)出一種基于軟件設(shè)置的TEDS型虛擬傳感器，其主要特點(diǎn)是每只傳感器都有*的產(chǎn)品序列號(hào)并且附帶一張軟盤(pán)，軟盤(pán)上存儲(chǔ)著對(duì)該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。使用時(shí)，傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集器接至計(jì)算機(jī)，首先從計(jì)算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號(hào)，再?gòu)能洷P(pán)上讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后自動(dòng)完成對(duì)傳感器的檢查、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器設(shè)置和記錄工作。
(2)網(wǎng)絡(luò)溫溫控器
網(wǎng)絡(luò)溫控器是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能溫控器。它通過(guò)數(shù)字傳感器首先將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理。zui后將測(cè)量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享，在更換傳感器時(shí)無(wú)須進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即插即用(Plug&PlAy)”，這樣就極大地方便了用戶(hù)。
2.6單片測(cè)溫控制系統(tǒng)
單片系統(tǒng)(System On Chip)是21世紀(jì)一項(xiàng)高新科技產(chǎn)品。它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá)108~109元件/片，這將給IC產(chǎn)業(yè)及IC應(yīng)用帶來(lái)劃時(shí)代的進(jìn)步。半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)對(duì)單片系統(tǒng)集成所作的預(yù)測(cè)見(jiàn)表1。目前，上一些的IC廠家已開(kāi)始研制單片測(cè)溫系統(tǒng)，相信在不久的將來(lái)即可面市。
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