專利名稱：儀器用恒溫控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于溫度控制技術領域，涉及到一種電加熱裝置，具體地說是一種儀器用恒溫控制系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的溫控方式為常規(guī)的繼電器帶動接觸器控制，用兩個溫度傳感器來感應環(huán)境溫度的變化，當環(huán)境溫度低于溫度傳感器設定的溫度下限時，電路接通，電阻絲開始加熱，當溫度超過溫度傳感器設定的溫度上限時，電路斷開，電阻絲停止加熱。它只能在一段范圍內實現(xiàn)溫度控制，而且屬于有觸點控制，因此存在控制精度低的缺點，在控制過程中，無法知道當前的溫度、溫控功能是否工作正常，還存在能耗大、使用成本高(電熱組件消耗太大)等缺點。也有以半導體加熱制冷器作為加熱、制冷器件，這樣可以使電熱組件成本低，體積小，安全性能高，但還使用繼電器帶動觸電器來控制，沒有提高設備的控制精度。當溫度超過溫度傳感器設定的溫度上限時電路接通，半導體加熱制冷器加熱，直至溫度值達到裝置設定的溫度區(qū)間，當溫度超過溫度傳感器設定的溫度下限時電路接通，半導體加熱制冷器制冷，直至溫度值達到裝置設定的溫度區(qū)間。這些溫度控制裝置使用的電源電壓都為220V，由于加熱電阻絲與電路導線采用的材料不同，在加熱電阻絲與導線的接點處很容易斷路，并且由于加熱電阻絲經常處于加熱狀態(tài)，導線的絕緣包皮易老化變質，引起電路的短路，致使裝置燒毀，降低了設備使用的可靠性和安全性。

發(fā)明內容
為了解決已有技術所存在的缺陷，本發(fā)明采用了微電子電路作為控制電路，半導體加熱制冷器作為加熱、制冷器件，控制電路通過驅動模塊控制半導體加熱制冷器工作，實現(xiàn)儀器工作環(huán)境溫度的調節(jié)，目的是提供一種儀器用恒溫控制系統(tǒng)。
本發(fā)明包括直流電源模塊1、濾波器2、控制電路板3、變壓器4、鎮(zhèn)流器5、驅動模塊6、半導體加熱制冷器7和8、指示燈9、溫度傳感器10。直流電源模塊1輸出端與濾波器2輸入端相連，濾波器2輸出端分別與控制電路板3、驅動模塊6直流電源輸入端相連。變壓器4輸出端與鎮(zhèn)流器5輸入端相連，鎮(zhèn)流器5輸出端與驅動模塊6電壓輸入端相連，控制電路板3控制信號輸出端分別與指示燈9和驅動模塊6的信號輸入端相連。驅動模塊6電壓輸出端分別與加熱制冷器7和8相連。溫度傳感器10的數字信號輸出端與控制電路板3的數字信號輸入端相連，。
控制電路板3包括單片機11、濾波電容12、復位電路13、時鐘信號源14、顯示驅動器15和LED數碼管顯示器16。濾波器2的輸出端與濾波電容12輸入端相連，濾波電容12輸出端分別與溫度傳感器10、單片機11、復位電路13、時鐘信號源14、顯示驅動器15電源輸入端相連。復位電路13復位信號輸出端與單片機11的復位信號輸入端相連，時鐘信號源14時鐘信號輸出端與單片機11的時鐘信號輸入端相連，單片機11的數據輸入端與溫度傳感器10的溫度數字信號輸出端相連，單片機11的控制信號輸出端分別與指示燈9輸入端、驅動模塊6控制信號輸入端相連，單片機11的片選信號輸出端、控制信號輸出端、數據輸出端分別與顯示器驅動器15的片選信號輸入端、控制信號輸入端、數據輸入端相連，顯示驅動器15的數據輸出端與LED數碼管顯示器16相連。
將預先編制好的程序存入單片機11，使恒溫控制系統(tǒng)能夠根據程序指令對儀器進行溫度控制。
單片機11根據預先編制的程序執(zhí)行儀器恒溫控制的裝置包括用于向顯示驅動器輸出數據，對顯示驅動器進行參數設置的裝置；用于向溫度傳感器輸出數據，對溫度傳感器進行初始化設置的裝置；用于對數據端口進行掃描，檢測溫度傳感器與單片機的連接是否正常的裝置；用于向溫度傳感器發(fā)出控制信號，通知溫度傳感器將探測到的溫度模擬信號轉換為數字信號的裝置；用于向溫度傳感器發(fā)出控制信號，讀取溫度傳感器發(fā)送數字信號的裝置；
用于判斷溫度數字信號正負的裝置；用于判斷溫度數字信號是否大于系統(tǒng)設定的上限值的裝置；用于將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送指示燈和顯示驅動器，使顯示溫度正常的指示燈亮，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度的裝置；用于將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送給驅動模塊、指示燈和顯示驅動器，使驅動模塊輸出電信號控制半導體加熱制冷器制冷，制冷指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度的裝置；用于判斷溫度數字信號是否大于系統(tǒng)設定的下限值的裝置；用于將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送給驅動模塊、指示燈和顯示驅動器，使驅動模塊輸出電信號控制半導體加熱制冷器加熱，加熱指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度的裝置。
本發(fā)明的工作過程標準220V交流電壓經直流電源模塊1轉換為5V直流電壓，再經濾波器2濾除外界的干擾，提供給控制電路板3，和驅動模塊6，經過控制電路板3中的濾波電容12進一步濾除干擾，把穩(wěn)定的工作電壓提供給單片機11、復位電路13、時鐘信號源14、溫度傳感器10和顯示驅動器15。輸入的標準220V交流電壓同時經變壓器4轉換，輸出12V交流電壓，再經鎮(zhèn)流器5輸出直流12V電壓，連接到驅動模塊6的電壓輸入端。
復位電路13保證系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)，當單片機11出現(xiàn)故障時，提供手動復位功能。時鐘信號源14為單片機11提供穩(wěn)定的時鐘信號。溫度傳感器10探測周圍環(huán)境溫度的變化，并將溫度變量轉換為數字信號傳送給單片機11。單片機11接收到溫度變化的數字信號，將其與系統(tǒng)設定的溫度數值比較，當溫度傳感器10探測的溫度低于系統(tǒng)設定的溫度數值下限時，單片機11同時向指示燈9、顯示驅動器15、驅動模塊6發(fā)送控制和數字信號。指示燈9顯示系統(tǒng)處于加熱狀態(tài)，單片機11向顯示驅動器15發(fā)送片選信號，選中顯示驅動器15，LED數碼管顯示器16顯示溫度值。單片機11向驅動模塊6發(fā)送兩路信號，驅動模塊6的信號輸入a端接收到的信號為高電平，信號輸入b端接收到的信號為低電平時，半導體加熱制冷器7、8開始加熱，直至溫度傳感器10探測的溫度達到系統(tǒng)設定的溫度下限值。
反之，當溫度傳感器10探測的溫度高于系統(tǒng)設定的溫度值上限時，單片機11同時向指示燈9、顯示驅動器15、驅動模塊6發(fā)送控制和數字信號。指示燈9顯示系統(tǒng)處于制冷狀態(tài)，單片機11向顯示驅動器15發(fā)送片選信號，選中顯示驅動器15，LED數碼管顯示器16顯示溫度值。單片機11向驅動模塊6發(fā)送兩路信號，驅動模塊6的信號輸入a端接收到的信號為低電平，信號輸入b端接收到的信號為高電平時，半導體加熱制冷器7、8開始制冷，直至溫度傳感器10探測的溫度達到系統(tǒng)設定的溫度上限值。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明由于采用了微電子電路作為控制電路，半導體加熱制冷器作為溫度調節(jié)器件，可以顯示當前溫度傳感器探測到的溫度，并根據探測到的溫度進行控制，因為數字傳感器的精度高，也提高了溫度顯示和控制精度。因本設計所使用的器件和芯片均是工業(yè)級以上產品，大大提高了系統(tǒng)的使用環(huán)境溫度范圍。使用半導體加熱制冷器，可降低成本，減小體積，可根據需要改變加熱面，可靠性、安全性高，還有環(huán)保的優(yōu)點，適用于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類電子產品。


圖1為本發(fā)明結構圖示意圖，也是說明書摘要附圖，圖中1為直流電源模塊，2濾波器，3控制電路板，4變壓器，5鎮(zhèn)流器，6驅動模塊，7、8半導體加熱制冷器，9指示燈，10溫度傳感器，11單片機，12濾波電容，13復位電路，14時鐘信號源，15顯示驅動器，16LED數碼管顯示器。
圖2為本發(fā)明的裝配圖。
圖3為本發(fā)明控制電路板3和溫度傳感器10的電路圖。
圖4為本發(fā)明單片機11程序流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明包括直流電源模塊1、濾波器2、控制電路板3、變壓器4、鎮(zhèn)流器5、驅動模塊6、半導體加熱制冷器7和8、指示燈9、溫度傳感器10。如圖2所示直流電源模塊1采用4N1C-X5型5V/1A規(guī)格電源轉換模塊，濾波器2采用型號為DL-2D1，變壓器4采用220V交流電壓轉換為12V交流電壓，電流18A的變壓器，鎮(zhèn)流器5采用KBPC3510W，驅動模塊6選用滿足30A、250V、50/60HZ的電機驅動模塊。為了增加散熱、制冷面積，半導體加熱制冷器7、8分別鑲嵌在兩塊導熱性能好的鋁板上，溫度傳感器10選用型號為DS18B20的單線數字溫度傳感器。
控制電路板3包括單片機11、濾波電容12、復位電路13、時鐘信號源14、顯示驅動器15和LED數碼管16。如圖3所示單片機11選用型號為AT89C2051-24PI，復位電路12中的復位器件選用型號為MAX812LEUST，時鐘信號源14采用11.0592MHz的晶體振蕩器，濾波電容12采用0.1μF容值的電容，顯示驅動器15選用型號為MAX7221ENG的8路掃描顯示驅動器。
單片機(11)在設定的系統(tǒng)溫度控制上限值為40℃，下限值為-5℃條件下執(zhí)行儀器恒溫控制的程序如圖4所示，包括下列步驟a.開始；b.對單片機硬件資源進行初始化設置；c.向顯示驅動器輸出數據，對顯示驅動器進行參數設置；d.對數據端口進行掃描，檢測溫度傳感器與單片機的連接是否正常；e.向溫度傳感器發(fā)出控制信號，通知溫度傳感器將探測到的溫度模擬信號轉換為數字信號；f.向溫度傳感器發(fā)出控制信號，讀取溫度傳感器發(fā)送的數字信號；g.判斷溫度數字信號是否大于0℃；若大于0℃，進入i步驟，若丕大于0℃，則進入j步驟；i.判斷溫度數字信號是否大于40℃，溫度數字信號小于40℃，控制器將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送指示燈和顯示驅動器，顯示溫度正常的指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度；若溫度數字信號大于40℃則控制器將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送給驅動模塊、指示燈和顯示驅動器，驅動模塊輸出電信號控制半導體加熱制冷器制冷，制冷指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度；
j.判斷溫度數字信號是否大于-5℃，溫度數字信號大于-5℃，控制器將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送指示燈和顯示驅動器，顯示溫度正常的指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度；若溫度數字信號小于-5℃則控制器將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送給驅動模塊、指示燈和顯示驅動器，驅動模塊輸出電信號控制半導體加熱制冷器加熱，加熱指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度。
本發(fā)明可以在溫度傳感器10設定的上限值和下限值之間任意設定系統(tǒng)溫度控制的上限值和下限值。
權利要求
1.一種儀器用恒溫控制系統(tǒng)，其特征是包括直流電源模塊(1)、濾波器(2)、濾波電容(12)、控制電路板(3)、變壓器(4)、鎮(zhèn)流器(5)、驅動模塊(6)、半導體加熱制冷器(7)和(8)、指示燈(9)、溫度傳感器(10)；直流電源模塊(1)輸出端與濾波器(2)輸入端相連，濾波器(2)輸出端分別與控制電路板(3)、驅動模塊(6)直流電源輸入端相連；變壓器(4)輸出端與鎮(zhèn)流器(5)輸入端相連，鎮(zhèn)流器(5)輸出端與驅動模塊(6)電壓輸入端相連，控制電路板(3)控制信號輸出端分別與指示燈(9)和驅動模塊(6)的信號輸入端相連；驅動模塊(6)電壓輸出端分別與加熱制冷器(7)和(8)相連；溫度傳感器10的數字信號輸出端與控制電路板3的數字信號輸入端相連。
2.根據權利要求1所述儀器用恒溫控制系統(tǒng)，其特征是控制電路板(3)包括單片機(11)、濾波電容(12)、復位電路(13)、時鐘信號源(14)、顯示驅動器(15)和LED數碼管顯示器(16)；濾波器(2)的輸出端與濾波電容(12)輸入端相連，濾波電容(12)輸出端分別與溫度傳感器(10)單片機(11)、復位電路(13)、時鐘信號源(14)、顯示驅動器(15)電源輸入端相連；復位電路(13)復位信號輸出端與單片機(11)的復位信號輸入端相連，時鐘信號源(14)時鐘信號輸出端與單片機(11)的時鐘信號輸入端相連，單片機(11)的數據輸入端與溫度傳感器(10)的溫度數字信號輸出端相連，單片機(11)的控制信號輸出端分別與指示燈(9)輸入端、驅動模塊(6)控制信號輸入端相連，單片機(11)的片選信號輸出端、控制信號輸出端、數據輸出端分別與顯示器驅動器(15)的片選信號輸入端、控制信號輸入端、數據輸入端相連，顯示驅動器(15)的數據輸出端與LED數碼管顯示器(16)相連。
3.根據權利要求1所述儀器用恒溫控制系統(tǒng)，其特征是單片機(11)根據恒溫控制程序執(zhí)行儀器恒溫控制的裝置包括用于向顯示驅動器輸出數據，對顯示驅動器進行參數設置的裝置；用于向溫度傳感器輸出數據，對溫度傳感器進行初始化設置的裝置；用于對數據端口進行掃描，檢測溫度傳感器與單片機的連接是否正常的裝置；用于向溫度傳感器發(fā)出控制信號，通知溫度傳感器將探測到的溫度模擬信號轉換為數字信號的裝置；用于向溫度傳感器發(fā)出控制信號，讀取溫度傳感器發(fā)送數字信號的裝置；用于判斷溫度數字信號正負的裝置；用于判斷溫度數字信號是否大于系統(tǒng)設定的上限值的裝置；用于將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送指示燈和顯示驅動器，使顯示溫度正常的指示燈亮，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度的裝置；用于將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送給驅動模塊、指示燈和顯示驅動器，使驅動模塊輸出電信號控制半導體加熱制冷器制冷，制冷指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度的裝置；用于判斷溫度數字信號是否大于系統(tǒng)設定的下限值的裝置；用于將溫度數字信號轉換為控制信號發(fā)送給驅動模塊、指示燈和顯示驅動器，使驅動模塊輸出電信號控制半導體加熱制冷器加熱，加熱指示燈亮，同時，顯示驅動器驅動LED數碼管顯示器顯示當前溫度的裝置。
全文摘要
一種屬于溫度控制技術領域儀器用恒溫控制系統(tǒng)，包括直流電源模塊、濾波器、控制電路板、變壓器、鎮(zhèn)流器、驅動模塊、半導體加熱制冷器、指示燈、溫度傳感器。直流電源模塊通過濾波器與控制電路板、驅動模塊電源輸入端相連。變壓器與鎮(zhèn)流器、驅動模塊順序相連，控制電路板信號輸出端分別與指示燈和驅動模塊的信號輸入端相連。驅動模塊輸出端與加熱制冷器相連。溫度傳感器輸出端與控制電路板的數字信號輸入端相連。本發(fā)明采用了微電子電路作為控制電路，半導體加熱制冷器作為溫度調節(jié)器件，可以顯示當前溫度傳感器探測到的溫度，并根據探測到的溫度進行控制，可靠性、安全性高。
文檔編號G05D23/30GK1731531SQ200410011229
公開日2006年2月8日 申請日期2004年11月16日 優(yōu)先權日2004年11月16日
發(fā)明者王旻, 石基萬 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所