溫度控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高精度實(shí)時(shí)控制的溫度控制裝置，它包括與市電連接作用于被加熱體的加熱電路、控制加熱電路的控制單元，其特征是所述的控制單元包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接的鍵盤控制電路、液晶顯示電路，市電經(jīng)輔助電源連接于單片機(jī)；用于獲取被加熱體實(shí)時(shí)溫度的溫度采集電路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接；單片機(jī)內(nèi)置的PWM定時(shí)器模塊經(jīng)可控硅控制電路連接于加熱電路，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)、操作簡單，顯示直觀，具有恒溫時(shí)間設(shè)置、控制溫度調(diào)節(jié)和溫度報(bào)警等功能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、工程制藥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和家庭生活等諸多領(lǐng)域。
【專利說明】溫度控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種加熱設(shè)備的控制裝置，具體地說是一種溫度控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度控制在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、工程制藥、工程建設(shè)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，電子式的溫控器一般通過熱電偶、鉬電阻等溫度傳感裝置，把溫度信號(hào)變換成電信號(hào)，通過單片機(jī)或PLC等電路控制繼電器使得加熱(或制冷)設(shè)備工作(或停止)，其控制精度不高、價(jià)格昂貴、操控復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種高精度實(shí)時(shí)控制的溫度控制裝置。
[0004]本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種溫度控制裝置，它包括與市電連接作用于被加熱體的加熱電路、控制加熱電路的控制單元，其特征是所述控制單元包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接的鍵盤控制電路、液晶顯示電路，市電經(jīng)輔助電源連接于單片機(jī)(給單片機(jī)提供工作電源，由鍵盤控制電路輸入設(shè)定溫度值給單片機(jī))；用于獲取被加熱體實(shí)時(shí)溫度的溫度采集電路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接(溫度采集電路將采集到的被加熱體的實(shí)時(shí)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)；單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、二分法插值計(jì)算處理得到PT100所對(duì)應(yīng)的溫度值，由液晶顯示電路進(jìn)行顯示)；單片機(jī)內(nèi)置的PWM定時(shí)器模塊經(jīng)可控硅控制電路連接于加熱電路(由單片機(jī)內(nèi)置的PWM定時(shí)器模塊輸出PWM波通過控制可控硅控制電路的通斷改變加熱電路的功率大小，從而時(shí)間溫度的精確控制)。
[0005]本實(shí)用新型采用AVR系列ATmegal6的單片機(jī)，可以產(chǎn)生PWM波、進(jìn)行二分查表法插值計(jì)算和PID計(jì)算、恒溫倒計(jì)時(shí)、以及控制和調(diào)度其他溫控部分的工作。通過二分查表法插值計(jì)算完成對(duì)溫度信號(hào)精確采樣，對(duì)設(shè)定溫度與采樣溫度的偏值進(jìn)行PID計(jì)算從而改變輸出PWM的占空比。該芯片有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，可在外部掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)存入EEPROM，工作于16 MHz時(shí)性能高達(dá)16 MIPS,兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，四通道PWM，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器。
[0006]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)較高精度的采集，所述的溫度采集電路包括含PT100的惠斯通電橋、差分放大電路、運(yùn)算放大電路，惠斯通電橋的橋臂電阻PT100的正極經(jīng)差分放大電路與運(yùn)算放大電路連接，惠斯通電橋橋臂電阻PTlOO的正極及橋臂電阻R2的正極分別連接差分放大電路的輸入端，差分放大電路的輸出端與運(yùn)算放大電路的輸入端連接；PT100先對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，采集信號(hào)先后通過一級(jí)差分放大和一級(jí)運(yùn)算放大，放大到合適的倍數(shù)后，輸送給A/D轉(zhuǎn)換電路。
[0007]惠斯通電橋(又稱單臂電橋)是一種可以精確測量電阻的儀器?；菟雇姌?又稱單臂電橋)是一種可以精確測量電阻的儀器，屬于直流電橋，主要用于測量中等數(shù)值的電阻(101Ω?106Ω)。電阻叫做電橋的臂，使用檢流計(jì)作為指零儀表，檢流計(jì)用以檢查它所在的支路有無電流。當(dāng)檢流計(jì)無電流通過時(shí)，稱電橋達(dá)到平衡。平衡時(shí)，四個(gè)臂的阻值滿足一個(gè)簡單的關(guān)系，利用這一關(guān)系就可測量電阻。
[0008]ptlOO是鉬熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在(TC時(shí)阻值為100歐姆，在100°C時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理:當(dāng)PT100在O攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速的增長。但他們之間的關(guān)系并不是簡單的正比的關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。
[0009]本實(shí)用新型為了正常工作、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能，所述單片機(jī)還連接有過壓保護(hù)電路、報(bào)警電路；當(dāng)采樣電壓超過ADS1115芯片的的輸入電壓時(shí)，過壓保護(hù)電路將斷開A/D采樣信號(hào)的輸入，同時(shí)，單片機(jī)輸出占空比為O的PWM波；當(dāng)離恒溫時(shí)間結(jié)束或過壓時(shí)，溫度報(bào)警電路將發(fā)出報(bào)警聲提醒用戶。
[0010]本實(shí)用新型為了保證傳輸數(shù)值的高精度和穩(wěn)定性，所述的A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADS1115芯片；A/D轉(zhuǎn)換電路把放大的信號(hào)進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換后，輸送給單片機(jī)。
[0011]ADS1115為16位ADC，芯片數(shù)據(jù)速率在SSPS — 860SPS之間，工作的溫度為-40° C至+140° C。采用TL431，給芯片提供5V的精準(zhǔn)的參考電壓。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的，其結(jié)構(gòu)、操作簡單，顯示直觀，具有恒溫時(shí)間設(shè)置、控制溫度調(diào)節(jié)和溫度報(bào)警等功能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、工程制藥、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和家庭生活等諸多領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0015]由圖1可知，一種溫度控制裝置，它包括與市電連接作用于被加熱體的加熱電路、控制加熱電路的控制單元，其特征是所述控制單元包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接的鍵盤控制電路、液晶顯示電路，市電經(jīng)輔助電源連接于單片機(jī)(給單片機(jī)提供工作電源，由鍵盤控制電路輸入設(shè)定溫度值給單片機(jī));用于獲取被加熱體實(shí)時(shí)溫度的溫度采集電路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接(溫度采集電路將采集到的被加熱體的實(shí)時(shí)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)；單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、二分法插值計(jì)算處理得到PT100所對(duì)應(yīng)的溫度值，由液晶顯示電路進(jìn)行顯示)；單片機(jī)內(nèi)置的PWM定時(shí)器模塊經(jīng)可控硅控制電路連接于加熱電路(由單片機(jī)內(nèi)置的PWM定時(shí)器模塊輸出PWM波通過控制可控硅控制電路的通斷改變加熱電路的功率大小，從而時(shí)間溫度的精確控制)。
[0016]本實(shí)用新型采用AVR系列ATmegal6的單片機(jī)，可以產(chǎn)生PWM波、進(jìn)行二分查表法插值計(jì)算和PID計(jì)算、恒溫倒計(jì)時(shí)、以及控制和調(diào)度其他溫控部分的工作。通過二分查表法插值計(jì)算完成對(duì)溫度信號(hào)精確采樣，對(duì)設(shè)定溫度與采樣溫度的偏值進(jìn)行PID計(jì)算從而改變輸出PWM的占空比。該芯片有如下特點(diǎn):16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，可在外部掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)存入EEPROM，工作于16 MHz時(shí)性能高達(dá)16 MIPS,兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，四通道PWM，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器。
[0017]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)較高精度的采集，所述的溫度采集電路包括含PT100的惠斯通電橋、差分放大電路、運(yùn)算放大電路，惠斯通電橋的橋臂電阻PT100的正極經(jīng)差分放大電路與運(yùn)算放大電路連接，惠斯通電橋橋臂電阻PTlOO的正極及橋臂電阻R2的正極分別連接差分放大電路的輸入端，差分放大電路的輸出端與運(yùn)算放大電路的輸入端連接；PT100先對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，采集信號(hào)先后通過一級(jí)差分放大和一級(jí)運(yùn)算放大，放大到合適的倍數(shù)后，輸送給A/D轉(zhuǎn)換電路。
[0018]惠斯通電橋(又稱單臂電橋)是一種可以精確測量電阻的儀器?；菟雇姌?又稱單臂電橋)是一種可以精確測量電阻的儀器，屬于直流電橋，主要用于測量中等數(shù)值的電阻(101Ω?106Ω)。電阻叫做電橋的臂，使用檢流計(jì)作為指零儀表，檢流計(jì)用以檢查它所在的支路有無電流。當(dāng)檢流計(jì)無電流通過時(shí)，稱電橋達(dá)到平衡。平衡時(shí)，四個(gè)臂的阻值滿足一個(gè)簡單的關(guān)系，利用這一關(guān)系就可測量電阻。
[0019]ptlOO是鉬熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在(TC時(shí)阻值為100歐姆，在100°C時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理:當(dāng)PT100在O攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速的增長。但他們之間的關(guān)系并不是簡單的正比的關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。
[0020]本實(shí)用新型為了正常工作、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能，所述單片機(jī)還連接有過壓保護(hù)電路、報(bào)警電路；當(dāng)采樣電壓超過ADS1115芯片的的輸入電壓時(shí)，過壓保護(hù)電路將斷開A/D采樣信號(hào)的輸入，同時(shí)，單片機(jī)輸出占空比為O的PWM波；當(dāng)離恒溫時(shí)間結(jié)束或過壓時(shí)，溫度報(bào)警電路將發(fā)出報(bào)警聲提醒用戶。
[0021]本實(shí)用新型為了保證傳輸數(shù)值的高精度和穩(wěn)定性，所述的A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADS1115芯片；A/D轉(zhuǎn)換電路把放大的信號(hào)進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換后，輸送給單片機(jī)。
[0022]ADS1115為16位ADC，芯片數(shù)據(jù)速率在SSPS — 860SPS之間，工作的溫度為-40° C至+140° C。采用TL431，給芯片提供5V的精準(zhǔn)的參考電壓。
[0023]本實(shí)用新型的可控硅控制電路也可選用繼電器代替，單片機(jī)通過輸出PWM波來控制光耦的通斷，并利用同步延時(shí)控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制加熱板的功率來實(shí)現(xiàn)溫度的控制。
[0024]本實(shí)用新型加熱控制電路優(yōu)選可控硅電路通過單片機(jī)輸出的PWM波來控制光耦的通斷，并利用同步延時(shí)控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制加熱板的功率來實(shí)現(xiàn)溫度的控制。采用可控硅控制加熱電路，較之于繼電器有四個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn):一是靈敏度更高，保證系統(tǒng)的高精度；二是壽命更長，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；三是體積小，時(shí)系統(tǒng)得到一定程度的減小，更便捷；四是無噪音。
[0025]為了進(jìn)一步完善，本實(shí)用新型還設(shè)有鍵盤控制電路、液晶顯示電路，鍵盤控制電路設(shè)置恒定溫度和恒溫時(shí)間；液晶顯示電路顯示當(dāng)前測試溫度、恒定溫度、恒定時(shí)間等信息。
【權(quán)利要求】
1.一種溫度控制裝置，它包括與市電連接作用于被加熱體的加熱電路、控制加熱電路的控制單元，其特征是所述的控制單元包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接的鍵盤控制電路、液晶顯示電路，市電經(jīng)輔助電源連接于單片機(jī)；用于獲取被加熱體實(shí)時(shí)溫度的溫度采集電路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接；單片機(jī)內(nèi)置的PWM定時(shí)器模塊經(jīng)可控硅控制電路連接于加熱電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制裝置，其特征是所述的溫度采集電路包括含PTlOO的惠斯通電橋、差分放大電路、運(yùn)算放大電路，惠斯通電橋的橋臂電阻PT100的正極經(jīng)差分放大電路與運(yùn)算放大電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫度控制裝置，其特征是所述的單片機(jī)還連接有過壓保護(hù)電路、報(bào)警電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫度控制裝置，其特征是所述的A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADS1115 芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度控制裝置，其特征是所述的A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADS1115-H-* I I心/T O
【文檔編號(hào)】G05D23/24GK203705992SQ201420057039
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】李穩(wěn)國, 鄧曙光, 譚躍, 李加升 申請(qǐng)人:湖南城市學(xué)院