5 Conclusion

The aim of this paper has been to describe an interdisciplinary, undergraduate engineering design project: a microcontroller- based temperature control system with digital set-point entry and set-point/actual temperature display。 A particular design of such a system has been described, and a number of design issues which arise—from a variety of engineering disciplines—have been discussed。 Resolution of these issues generally requires knowledge beyond that acquired in introductory courses, but realistically accessible to advance undergraduate students, especially with the advice and supervision of faculty。

Desirable features of the problem, from a pedagogical viewpoint, include the use of a microcontroller with simple peripherals, the opportunity to usefully apply introductorylevel modeling of physical systems and design of closed-loop controls, and the need for relatively simple experimentation (for model validation) and simulation (for detailed performance prediction)。 Also desirable are some of the technologyrelated aspects of the problem including practical use of resistive heaters and temperature sensors (requiring knowledge of PWM and calibration techniques, respectively), microcontroller selection and use of development systems, and printedcircuit design。

Acknowledgements

The author would like to acknowledge the hard work, dedication, and ability shown by the students involved in this project: Mark Langsdorf, Matt Rall, PamRinehart, and David Schuchmann。 It is their project, and credit for its success belongs to them。

摘要

本文所描述的是作者领导由四个三一大学高年级学生组成的团队进行的一个跨学科工程项目的设计。该项目的目标是设计一个气室内温度控制系统。该系统的要求是：当实际气室的温度阶跃响应时，规定范围内的温度进入气室后，稳定时的温度误差和超调量必须少于一个绝对温度。本组学生开发设计是基于摩托罗拉MC68HC05系列单片机。该问题的教学价值也通过某些步骤的关键描述在本文说明。研究结果表明，解决该方案需要具有广泛的工程学科知识，包括相关电子、机械和控制系统工程的知识。

1 引言

该设计项目来自一个实际应用问题，一个关于显微镜载玻片干燥剂温控器——欧米茄CN-390温度控制器，而这个设计的目标是研发一个自定义的通用温度控制系统取代欧米茄系统、一个以更低的成本实现相同功能的自定义控制器，就像欧米茄系统一样，并不需要能够全方位的处理各种问题。

该载玻片干燥机的机械布局如图1所示。干燥机的主体是一个足够大的绝缘充气室，里面依次存放着薄纸包着的石蜡。为了使石蜡保持适当稳定性，载玻片气室的温度必须维持稳定。第二个气筒（电子围绕元件）设有一个电阻加热器、一个温度控制器以及一个安装在干燥机上的风扇，是为了把风吹过加热器，把热量带到载玻片气室。

载玻片干燥机的机械布局

   自1996-97学年来，本文作者带领四位三一大学工程科学系的高年级学生开展此项目的研究。本文的目的说明了提出一些问题并详细阐述学生的一些解决方案，而且讨论了这种类型的跨学科设计项目在教学方面应用的问题。这份学生报告曾经在1997年全国本科毕业生研讨会上提出过并讨论过。第2节给出该设计的更多详细情况，包括性能规格。第3节具体 学生的设计。第4节是论文的主体，讨论该设计在教学应用方面的实施问题。最后，第5节全文总结。

2 问题阐述

该项目基本的思想是设计一个自定义温度控制系统来取代相关的欧米茄CN-390温度控制器。温度时通常保持在一个稳定的常数，但重要的是阶跃变化可以被“合理”的跟踪。因此主要要求如下：