本科生毕业设计（论文）开题报告
1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）
在各种工业生产领域，温度是一个很重要的测量参数，生产过程都必须在一定的温度范围内进行。各种构件、材料的体积、电阻、强度以及抗腐蚀等物理化学性质，一般也都会随温度而变化。人们利用各种能源为人类服务，也往往是使某些介质通过一定的温度变化来实现的。所以在生产和化学试验中，往往会碰到温度测量的问题。热电材料测试Seebeck系数、电导率及热导率等参数，热电器件试最大输出功率、内阻及转换效率等参数，都会随温度而变化。
针对热电器件的测试设备已经非常成熟，但是价格较为昂贵，且一般为国外进口。热电器件测试设备是对热电器件进行性能测试的平台，热电器件测试系统主要测试最大输出功率、内阻及转换效率等参数。从根本上讲，采集的原始数据主要包括两端温度、热电势差（开路电压）、电阻率及热导率等。对于热电器件性能测定设备而言，温度控制系统是其中非常重要的部分。拟仿照国外测试设备，设计一套针对热电器件的测试平台的温度控制系统。
目前，国内外针对热电器件电学性能、转换效率等的研究非常普遍。另外，温度控制系统的设计研究也非常多，温度控制系统的设计多采用以单片机为核心的模糊控制算法或者PID控制算法等对温度进行控制。单片机系统因为受到来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都常会导致单片机系统运行失常，影响控制精度。但是，目前很少针对热电器件测试进行温度控制系统的研究。
智能温度仪表运用敏捷PID控制方法，PID控制收敛速度快，不易陷入局部极小点，系统输出误差平方均值的变化始终是单调递减。自动演算功能可以对于设定的温度自动地进行演算，设定最佳的PID常数。所以本文利用基于PID控制的温度控制仪表。通过热电偶测量温度与热电势的关系，即建立热电偶测温的校正模型，以此实现热电偶测温的快速非线形校正，达到准确测温的目的。智能温度仪表可以对温度进行编程，能更好地满足热电器件测试系统的要求。
| 在热电器件温度控制中，热电器件冷端的温度不易进行控制，如果采用常规加热方式，会加大温度控制的误差。而采用红外加热器进行加热，由于红外加热器具有热惯性小、定向性好等优点，因此更容易将温度控制在允许的范围内。 |
| 2.研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施 一、基本内容 1. 了解热电器件的性能指标以及测试方法； 2. 设计温控仪表的通信方式和方法； 3. 学习了解上位机与智能仪器的通信原理； 4. 学习基于Labview的上位机监控程序的设计； 5. 进行基于温控仪表的硬件设计； 6. 选择合适的加热方式及温度传感器。 二、技术方案 热电器材测试温度控制系统的研究主要包括两个部分：基于温控仪表的温度控制电路的设计和温控仪表与PC机的通信。 基于温控仪表的温度控制模块是以温度控制仪表为控制核心，辅以温度采集和驱动电路。驱动电路包括对热电器件热端与冷端进行加热。温度传感器采集温度信号，加热元件对热电器件进行加热，循环水冷却回路对热电器件的冷端进行冷却。 温度控制仪表与PC机的通信可采用比较常用的RS-232串行通信，PC机作为上位机，上位机监控软件是采用虚拟仪器设计。温控模块与PC机通信部分包括软件设计和硬件设计。 第一步，通过单片机与计算机进行简单的通信，从而为接下来的工作做好准备。由于笔记本电脑没有串行接口，因此通过USB转RS-232串口线与单片机进行硬件连接，并设计基于Labview的上位机通信程序，实现单片机与上位机的实时通信。 第二步，设计基于单片机的小型温度控制模块实验。利用单片机、K型热电偶、MAX6675转换芯片、LCD1602、直流驱动风扇等元器件构建温度控制系统，并对系统进行调试。 第三步，设计单片机开发板与PC机进行串口通信实验。在了解串口通信原理的基础上，利用Labview设计上位机监控程序与小型温控系统进行实时通信。 第四步，选择合适温度传感器和设计加热方式等。 最后，完成毕业论文的撰写和完善。 |
| 3. 进度安排（按周次填写） 第1~3周 查阅文献；分析题目研究现状，学习基本理论； 第4周 阅读文献、撰写开题报告，英文文献翻译； 第5周 学习了解热电测试设备的工作原理，确定实施方案； 第6~7周 学习单片机以及单片机与PC机串口通信等相关知识； 第8周 进行基于单片机的温度控制模块的设计； 第9周 学习Labview串口通信和监控软件的设计； 第10周 学习了解智能温控仪表的控制方式和接口等知识； 第11周 设计基于LabVIEW的上位机监控软件的设计； 第12周 进行小型温控系统综合设计； 第13周 进行温度采集和加热方式等的设计； 第14周 撰写毕业论文、完成初稿； 第15周 整理、完善论文； 第16周 论文打印、装订、准备答辩。 |
| 4. 参考文献（15篇） [1] 韩志友，张红晨. 热电材料的电学性能测试装置研制［J］. 哈尔滨师范大学自然科学学报，2009年，第24号（第4期）：65-67. [2] 徐林志. 太阳能热电器件的结构优化［D］.武汉：武汉理工大学，2009年. [3] 刘向阳,任 山,闻立时.微型热电器件研究进展[J]. 材料学报，2007年，21卷（第2期）：5-9. [4] 刘磊,张锁良,马亚坤,吴国浩,郑树凯,王永青.平板集热太阳热电器件建模及结构优化[J]. 物理学报，2013年，第63卷号（第3期）：1-6. [5] 陈妙芳，胡晓东.基于AT67S51单片机的温度控制系统设计[J]. 机械工程师，2009年（第1期）：136-137. [6] 马松龄. 基于虚拟仪器的电阻炉智能温度控制系统的研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2007年. [7] 黎惠成，曾碧，吴清泉，李愿.一种基于模糊控制的温度控制系统的设计[J]. 计算机技术与发展，2009年，第19卷（第12期）：236-239. [8] 温万军. 热电材料测试仪. 中国，发明专利201010517660.9[P].2010.10,25. [9] G Li, K R Gadelrab, T Souier, P L Potapov, G Chen and M Chiesa.Mechanical properties of BixSb2-xTe3 Nanostructured Thermoelectric Material.IOP PUBLISHING.stacks.Iop.org/Nano/23/065703 [10] 朱建林，郭有贵.上位机与下位机通信的设计初步[J]. 现场总线与网络技术，2005年：68-70. [11]李江全，曹卫斌，郑瑶，郑重. 计算机典型控制与串口通信开发软件应用实践[M]. 北京：人民邮电出版社，2008. [12] 居滋培，膜枉麒，于林丽，孟丽霞，林燕凌，王斌.热电元件性能测试系统的电路设计[J]. 仪器技术与传感器，2006年（第12期号）：52-55. [13]谭天恩,窦梅,周明华.化工原理[M].北京:化学工业出版社,2006. [14]樊尚春. 传感器技术及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2010. [15]Kimberly A.Sanbo DESIGN OF EXPERIMENTS FOR THERMOELECTRIC MATERIALS［D］.美国:密歇根州立大学.2006. |
| 5．指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 |
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