基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及應(yīng)用在溫度控制領(lǐng)域的多路加熱器，特別涉及基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工，農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)等許多領(lǐng)域中，溫度是極為普遍又極為重要的參數(shù)之一，人們需要對(duì)各種環(huán)境中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。目前應(yīng)用最廣泛的溫度控制方法是定值開關(guān)溫度控制，這種控制方法的工作原理是通過硬件電路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定的目標(biāo)溫度之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)加熱源(或冷卻裝置)進(jìn)行通斷控制。若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高，則關(guān)斷加熱器或開啟制冷裝置;若當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器同時(shí)關(guān)閉制冷裝置。這種開關(guān)控制方法比較簡(jiǎn)單，在沒有計(jì)算機(jī)參與的情況下可以用模擬電路來實(shí)現(xiàn)。但是由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使系統(tǒng)溫度波動(dòng)較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。在今天的溫度控制領(lǐng)域中，這種方式無法滿足更多用戶對(duì)溫度精度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，具有控溫精度高、易于維護(hù)、成本較低和擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，包括有與溫度控制系統(tǒng)相連的加熱器;加熱器分別與6個(gè)加熱棒、溫度限制裝置及手動(dòng)控制器相連;溫度限制裝置與當(dāng)前溫度顯示器、最高溫度限定顯示器及最高溫度設(shè)置裝置相連;手動(dòng)控制器與手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)相連，手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)與6個(gè)加熱棒的開關(guān)相連。
[0005]所述的加熱器為多路加熱器，多路加熱器包括多路加熱器硬件、驅(qū)動(dòng)電路及接口調(diào)用電路；多路加熱器硬件通過繼電器一與加熱棒一相連、通過繼電器二而與加熱棒二相連、通過繼電器三而與加熱棒三相連、通過繼電器四而與加熱棒四相連、通過繼電器五而與加熱棒五相連、通過繼電器六而與加熱棒六相連;驅(qū)動(dòng)電路分別與啟動(dòng)GP1接口、調(diào)用GP1接口及關(guān)閉GP1接口相連。
[0006]所述的多路加熱器包括有溫度采集器、加熱裝置、制冷裝置以及PID控制器四部分。
[0007]所述的溫度采集器設(shè)在控制器箱體內(nèi)；溫度采集器將在控制器箱體內(nèi)8個(gè)點(diǎn)布置測(cè)溫傳感器，以完成對(duì)各個(gè)點(diǎn)的溫度采集，在控制箱外設(shè)置有一個(gè)外置傳感器，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度。采集到的溫度使用溫度變送器輸出電壓、電流信號(hào)，經(jīng)濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換以后，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端進(jìn)行處理分析。其輸出的內(nèi)容包括:位置、溫度、精度、溫變速率等參數(shù)。該過程中溫度采集器將使用熱電阻傳感器，采集溫度后將數(shù)據(jù)傳入STC89C51單片機(jī)中進(jìn)行初步處理，產(chǎn)生相關(guān)參數(shù)，并使用USB串口轉(zhuǎn)換器將輸出參數(shù)傳入終端中，由以PID算法為核心的控制器接收。PID控制器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后控制加熱模塊和制冷模塊對(duì)實(shí)驗(yàn)箱體溫度進(jìn)行控制?？刂破鲗?duì)數(shù)據(jù)的處理和對(duì)加熱制冷模塊的控制。溫控系統(tǒng)將熱電阻傳感器實(shí)時(shí)采集的溫度值與設(shè)定值比較，差值作為PID功能塊的輸入。PID算法根據(jù)比例、積分、微分系數(shù)計(jì)算出合適的輸出控制參數(shù)，利用修改控制變量誤差的方法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使控制過程連續(xù)。輸出的控制參數(shù)將實(shí)時(shí)傳遞給加熱制冷模塊。多路加熱器由加熱棒、控制電路、驅(qū)動(dòng)組成。加熱棒主要用來加熱，設(shè)計(jì)中用虛擬軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)不同功率的熱輸出?？刂齐娐坟?fù)責(zé)控制多路加熱功能，有著連接系統(tǒng)端與加熱端，控制加熱棒的功能。加熱棒工作與否都是由系統(tǒng)端控制該電路，由電路決定各個(gè)加熱棒工作與否。多路加熱器將由裝有Iinux操作系統(tǒng)的開發(fā)板控制，所以需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的控制驅(qū)動(dòng)來達(dá)到驅(qū)動(dòng)控制電路的目的，通過合理的接口調(diào)用，使完整的溫度控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。
[0008]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0009]本實(shí)用新型由于在加熱器內(nèi)部使用六個(gè)加熱棒，用光耦繼電器模塊控制設(shè)置，其中兩個(gè)端子為輸入控制端，另外兩個(gè)端子為輸出控制端，中間采用光電隔離，作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。當(dāng)信號(hào)端有低電平的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，繼電器吸合，公共端與常開端接通，設(shè)備有電工作，這樣的設(shè)置具有對(duì)多路加熱器的安全控制的特點(diǎn)。由于繼電器使用RaspberryPi控制，RaspberryPi使用的一枚基于ARM架構(gòu)的Broadcom BCM2835芯片，主頻達(dá)至IJ700MHZ，內(nèi)存為512M，使用SD卡當(dāng)做儲(chǔ)存媒體，擁有一個(gè)Ethernet，兩個(gè)USB接口，HDMI輸出口(支持聲音輸出)，除了這些基礎(chǔ)的接口外，還有用于開發(fā)的8xGP 1、UART、12C、SPI總線。除了接口豐富，此開發(fā)板還使用的開源的操作系統(tǒng)Linux，由于有操作系統(tǒng)，適合開發(fā)對(duì)應(yīng)的圖形化界面，具有完成相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。
[0010]本實(shí)用新型可應(yīng)用在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工，農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)等許多領(lǐng)域中的溫度控制。控溫精度高；當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化而影響到控溫精度時(shí)，通過計(jì)算機(jī)虛擬儀器進(jìn)行溫度參數(shù)的調(diào)整以達(dá)到精度要求;同時(shí)利用計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制不僅易于維護(hù)而且成本較低，擴(kuò)展性強(qiáng)。
【附圖說明】

[0011]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)不意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型加熱器的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014]參見圖1，基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，包括有與溫度控制系統(tǒng)相連的加熱器;加熱器分別與6個(gè)加熱棒、溫度限制裝置及手動(dòng)控制器相連;溫度限制裝置與當(dāng)前溫度顯示器、最高溫度限定顯示器及最高溫度設(shè)置裝置相連;手動(dòng)控制器與手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)相連，手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)與6個(gè)加熱棒的開關(guān)相連。
[0015]參見圖2，所述的加熱器為多路加熱器，多路加熱器包括多路加熱器硬件、驅(qū)動(dòng)電路及接口調(diào)用電路；多路加熱器硬件通過繼電器一與加熱棒一相連、通過繼電器二而與加熱棒二相連、通過繼電器三而與加熱棒三相連、通過繼電器四而與加熱棒四相連、通過繼電器五而與加熱棒五相連、通過繼電器六而與加熱棒六相連;驅(qū)動(dòng)電路分別與啟動(dòng)GP1接口、調(diào)用GP1接口及關(guān)閉GP1接口相連。
[0016]通過驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中加熱器的硬件電路，通過在計(jì)算機(jī)虛擬儀器上顯示的相關(guān)圖形的變化來動(dòng)態(tài)表示硬件的工作狀態(tài)。而虛擬軟件的設(shè)計(jì)可以更加直觀的看到硬件的變化狀況，且調(diào)試方便，成本低廉。虛擬加熱器為了更好地達(dá)到設(shè)計(jì)效果，將預(yù)留采集溫度信息的接口，PID算法控制臺(tái)以及制冷模塊預(yù)留區(qū)域。共有兩個(gè)界面，其中一個(gè)是預(yù)留接口界面，帶有加熱器面板開啟按鈕，另一個(gè)界面是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的主體，是為了表達(dá)加熱器工作狀態(tài)的界面，為了設(shè)計(jì)的全面性，上面將有手動(dòng)控制器，虛擬加熱器的總體設(shè)計(jì)圖參見附圖。
[0017]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0018]多路加熱器還包括溫度采集器、加熱模塊、制冷模塊及PID控制器;溫度采集器將在控制器箱體內(nèi)8個(gè)點(diǎn)布置測(cè)溫傳感器，測(cè)溫傳感器采集各個(gè)點(diǎn)的溫度，控制箱外設(shè)置有一個(gè)外置傳感器，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度。采集到的溫度使用溫度變送器輸出電壓、電流信號(hào)，經(jīng)濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換以后，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端進(jìn)行處理分析。其輸出的內(nèi)容包括:位置、溫度、精度、溫變速率等參數(shù)。該過程中溫度采集器將使用熱電阻傳感器，采集溫度后將數(shù)據(jù)傳入STC89C51單片機(jī)中進(jìn)行初步處理，產(chǎn)生相關(guān)參數(shù)，并使用USB串口轉(zhuǎn)換器將輸出參數(shù)傳入終端中，由以PID算法為核心的控制器接收。PID控制器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后控制加熱模塊和制冷模塊對(duì)實(shí)驗(yàn)箱體溫度進(jìn)行控制?？刂破鲗?duì)數(shù)據(jù)的處理和對(duì)加熱制冷模塊的控制。溫控系統(tǒng)將熱電阻傳感器實(shí)時(shí)采集的溫度值與設(shè)定值比較，差值作為PID功能塊的輸入。PID算法根據(jù)比例、積分、微分系數(shù)計(jì)算出合適的輸出控制參數(shù)，利用修改控制變量誤差的方法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使控制過程連續(xù)。輸出的控制參數(shù)將實(shí)時(shí)傳遞給加熱制冷模塊。多路加熱器由加熱棒、控制電路、驅(qū)動(dòng)組成。加熱棒用來加熱，用虛擬軟件實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)不同功率的熱輸出；控制電路負(fù)責(zé)控制多路加熱功能，有著連接系統(tǒng)端與加熱端，控制加熱棒的加熱。加熱棒工作與否由多路加熱器電路，由多路加熱器電路決定6個(gè)加熱棒工作與否。多路加熱器將由裝有Iinux操作系統(tǒng)的開發(fā)板控制，所以需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的控制驅(qū)動(dòng)來達(dá)到驅(qū)動(dòng)控制電路的目的，通過合理的接口調(diào)用，使完整的溫度控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。
[0019]溫度控制系統(tǒng)需要顯示當(dāng)前箱體溫度，環(huán)境溫度，并且有輸入需要加熱到的溫度的模塊，以及設(shè)備開始工作與結(jié)束工作的控制模塊。本實(shí)用新型主要完成的是其中的加熱器，加熱器對(duì)箱體加熱，為考慮加熱器使用的安全因素，在加熱器界面設(shè)計(jì)上主要顯示六個(gè)加熱棒各自的工作狀態(tài)，當(dāng)前箱體溫度，出于安全考慮將自動(dòng)設(shè)置安全溫度，為加熱溫度的120%。同時(shí)設(shè)備還有對(duì)應(yīng)的手動(dòng)控制選項(xiàng)，來測(cè)試LED燈的工作情況，也適用于實(shí)際操作中，有一定推廣價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，其特征在于，包括有與溫度控制系統(tǒng)相連的加熱器;加熱器分別與6個(gè)加熱棒、溫度限制裝置及手動(dòng)控制器相連;溫度限制裝置與當(dāng)前溫度顯示器、最高溫度限定顯示器及最高溫度設(shè)置裝置相連;手動(dòng)控制器與手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)相連，手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)與6個(gè)加熱棒的開關(guān)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，其特征在于，所述的加熱器為多路加熱器，多路加熱器包括多路加熱器硬件、驅(qū)動(dòng)電路及接口調(diào)用電路;多路加熱器硬件通過繼電器一與加熱棒一相連、通過繼電器二而與加熱棒二相連、通過繼電器三而與加熱棒三相連、通過繼電器四而與加熱棒四相連、通過繼電器五而與加熱棒五相連、通過繼電器六而與加熱棒六相連;驅(qū)動(dòng)電路分別與啟動(dòng)GP1接口、調(diào)用GP1接口及關(guān)閉GP1接口相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，其特征在于，所述的多路加熱器包括有溫度采集器、加熱裝置、制冷裝置以及PID控制器四部分。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，其特征在于，所述的溫度采集器設(shè)在控制器箱體內(nèi)。
【專利摘要】基于計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制的多路加熱器，包括有與溫度控制系統(tǒng)相連的加熱器；加熱器分別與6個(gè)加熱棒、溫度限制裝置及手動(dòng)控制器相連；溫度限制裝置與當(dāng)前溫度顯示器、最高溫度限定顯示器及最高溫度設(shè)置裝置相連；手動(dòng)控制器與手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)相連，手動(dòng)自動(dòng)開關(guān)與6個(gè)加熱棒的開關(guān)相連；溫度采集器將在控制器箱體內(nèi)采集到的溫度使用溫度變送器輸出電壓、電流信號(hào)，經(jīng)濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換以后，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端進(jìn)行處理分析；當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化而影響到控溫精度時(shí)，通過計(jì)算機(jī)虛擬儀器進(jìn)行溫度參數(shù)的調(diào)整以達(dá)到精度要求；利用計(jì)算機(jī)虛擬儀器控制，具有控溫精度高，易于維護(hù)，成本較低和擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。
【IPC分類】G05D23/20
【公開號(hào)】CN205384527
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620112521
【發(fā)明人】李敏, 閆俊伢
【申請(qǐng)人】山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院
【公開日】2016年7月13日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日