CN104375535B - 一种多路温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路温度控制系统，包括：多路温度采集电路，多路加热电路，SPI总线，数据总线，微控制器电路，其通过SPI总线与多路温度采集电路相联，并对多路温度采集电路进行信息传递和控制；微控制电路通过数据总线与多路加热电路相联，并对多路加热电路进行信息传递和控制；本发明通过使用高速MCU，采用SPI总线技术，温度读取速度快，精度高，将控制算法烧录在MCU中，实现气相色谱仪多路温度控制的要求，并且每路温度控制独立运行，通过输入各路温度控制的目标值，系统根据设置的目标值自动运行实现温度的自动控制，进一步避免原有设计方案或方法的复杂性，使其更在设计上更加简便，成本更低以及安装维修更加便捷。

Description

一种多路温度控制系统

技术领域

本发明涉及光谱色谱仪检测领域（气相色谱-质谱联用仪检测领域），具体来说，涉及一种气相色谱仪多路温度控制。

背景技术

气相色谱仪的温度控制系统实现方式有多种形式，早期的外购PID温度控制器模块设计，通过外购的PID温度控制器安装于仪器的各需要控制部件来实现进样口、检测器、柱箱的温度控制。随着科技的发展单片机技术的普及，进样口温度控制、检测器温度控制、柱箱温度控制等，都实现单片机和AD采集、固态继电器电路加控制算法组成闭环实现温度控制。目前市场主要温度控制主要满足三路温度控制，尚未出现需要解决的多路温度控制需求，也尚未出现相应的多路温度控制系统或装置，如果按照目前的涉及方式或方法，则需要增加额外的控制电路单元来实现，从而必然增加设计方案的复杂性和更高的成本，安装维修也更加繁杂，因此有必要在增加更多路的温度控制的情况下，避免原有设计方案或方法的复杂性，使其更在设计上集成度更高、新增或者扩展温度控制更灵活，成本更低以及安装维修更加便捷。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种多路温度控制系统，包括：

多路温度采集电路，所述多路温度采集电路包括进样口温度采集电路，检测器温度采集电路，柱箱温度采集电路；

多路加热电路，所述多路加热电路包括进样口温度加热电路，检测器温度加热电路，柱箱温度加热电路；

SPI总线；

数据总线；

微控制器电路，所述微控制电路通过所述SPI总线与所述多路温度采集电路相联，并对所述多路温度采集电路进行信息传递和控制，；所述微控制电路通过所述数据总线与所述多路加热电路相联，并对所述多路加热电路进行信息传递和控制；

所述多路温度控制系统通过所述微控制器电路的时序变化实现所述多路温度采集电路中的模数转换芯片和热电阻电路实现多路的温度采集；所述微控制器电路将采集到的对应所需温度控制单元的温度和其所需达到的温度目标值经过PID算法和经验模型算法结合PID和经验算法运算后给出控制所需的PWM控制波形，所述微控制器电路按照对应的控制时序输出PWM驱动所述多路加热电路中的所述温度控制单元的加热部件输出热量，实现多路温度的自动控制；

所述多路温度控制系统为大于等于五路的温度控制系统。

根据本发明背景技术中对现有技术所述，本领域的温度控制主要满足三路温度控制，尚未出现需要解决的多路温度控制需求，也尚未出现相应的多路温度控制系统或装置，如果按照目前的涉及方式或方法，则需要增加额外的控制电路单元来实现，从而必然增加设计方案的复杂性和更高的成本，安装维修也更加繁杂；而本发明提供的多路温度控制系统，通过使用高速MCU，采用SPI总线技术，不仅温度读取速度快，精度高，而且系统控制的控制算法烧录在MCU中，实现了气相色谱仪多路温度控制的要求，并且每路温度控制独立运行，通过输入各路温度控制的目标值，系统根据设置的目标值自动运行实现温度的自动控制，进一步避免原有设计方案或方法的复杂性，使其更在设计集成度更高、新增或者扩展温度控制更灵活，成本更低以及安装维修更加便捷。

另外，根据本发明公开的多路温度控制系统还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述多路温度控制系统为五路温度控制系统，所述模数转换芯片为24位模数转换芯片。

更进一步地，所述五路温度采集电路包括四端口24位模数转换芯片、单端口24位模数转换芯片、进样口温度采集电路、检测器温度采集电路、柱箱温度采集电路，所述四端口24位模数转换芯片一端连接所述SPI总线，另一端连接所述进样口温度采集电路、所述检测器温度采集电路，所述单端口24位模数转换芯片一端连接所述SPI总线，另一端连接所述柱箱温度控制电路。

优选地，所述进样口温度采集电路、所述检测器温度采集电路、所述柱箱温度采集电路采用Pt100热电阻温度采集电路。

进一步地，所述热电阻电路为Pt100铂电阻电路。

进一步地，所述微控制器电路包括电源和控制MCU芯片，所述控制MCU进行温度采集协调、PID运算和多路PWM波形产生，所述控制MCU把1秒分成多份，定义多份为n，则以每（1000/n）毫秒为间隔顺序循环采集与进样口、检测器和柱箱相联的所述多路温度采集电路形成的电压值实现温度采集，同时把经PID运算得到的PWM波形顺序输出给所述多路加热电路，实现五路温度的控制。

进一步地，所述多路加热电路通过来自所述微控制器电路的数据总线的多路PWM分别驱动对应的多个固态继电器的通断实现多个进样口、多个检测器和柱箱多路加热部件的热量输出，所述多路PWM与所述多个固态继电器的数量相同。

更进一步地，所述多路加热电路为五路加热电路，所述五路加热电路通过来自所述微控制器电路的数据总线的五路PWM分别驱动对应的五个固态继电器的通断实现两个进样口、两个检测器和一个柱箱的五个加热部件的热量输出。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的一个实施例五路温度控制系统示意图；

图2是本发明的一个实施例五路温度采集电路示意图；

图3是本发明的一个实施例五路加热电路示意图；

其中， 1. SPI总线、2 .数据总线、PT1 .固态继电器1、PT2. 固态继电器2、PT3.固态继电器3、PT4.固态继电器4、PT5. 固态继电器5、J1. AC220电源、J2. 柱箱加热部件、J3.进样口1加热部件、J4. 进样口2加热部件、J5.检测口1加热部件、J6. 检测口2加热部件。

具体实施方式

下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面将参照附图来描述本发明的多路温度控制系统，其中图1是本发明的一个实施例五路温度控制系统示意图；图2是本发明的一个实施例五路温度采集电路示意图；图3是本发明的一个实施例五路加热电路示意图。

根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供的多路温度控制系统，包括：

多路温度采集电路，所述多路温度采集电路包括进样口温度采集电路，检测器温度采集电路，柱箱温度采集电路，图1中为五路温度采集电路；

多路加热电路，所述多路加热电路包括进样口温度加热电路，检测器温度加热电路，柱箱温度加热电路，图1中为五路加热电路；

SPI总线1；

数据总线2；

微控制器电路，所述微控制电路通过所述SPI总线1与所述多路温度采集电路（图1中为五路温度采集电路）相联，并对所述多路温度采集电路（图1中为五路温度采集电路）进行信息传递和控制，；所述微控制电路通过所述数据总线2与所述多路加热电路（图1中为五路加热电路）相联，并对所述多路加热电路（图1中为五路加热电路）进行信息传递和控制；

所述多路温度控制系统通过所述微控制器电路的时序变化实现所述多路温度采集电路中的模数转换芯片和热电阻电路实现多路的温度采集；所述微控制器电路将采集到的对应所需温度控制单元的温度和其所需达到的温度目标值经过PID算法和经验模型算法结合PID和经验算法运算后给出控制所需的PWM控制波形，所述微控制器电路按照对应的控制时序输出PWM驱动所述多路加热电路中的所述温度控制单元的加热部件输出热量，实现多路温度的自动控制；

所述多路温度控制系统为大于等于五路的温度控制系统。

根据本发明的一个实施例，所述多路温度控制系统为五路温度控制系统，所述模数转换芯片为24位模数转换芯片，如图1-3所示。

进一步地，所述五路温度采集电路包括四端口24位模数转换芯片、单端口24位模数转换芯片、进样口温度采集电路、检测器温度采集电路、柱箱温度采集电路，所述四端口24位模数转换芯片一端连接所述SPI总线，另一端连接所述进样口温度采集电路、所述检测器温度采集电路，所述单端口24位模数转换芯片一端连接所述SPI总线，另一端连接所述柱箱温度控制电路，如图2所示；

优选地，所述进样口温度采集电路、所述检测器温度采集电路、所述柱箱温度采集电路采用Pt100热电阻温度采集电路，如图2所示。

通过使用PT100热电阻采集相应端口的温度（采样口、检测器以及柱箱温度），经过相应的模数转换芯片，将数据通过SPI总线传给所述微控制器电路进行处理。

根据本发明的一些实施例，所述热电阻电路为Pt100铂电阻电路。

根据本发明的一些实施例，所述微控制器电路包括电源和控制MCU芯片，所述控制MCU进行温度采集协调、PID运算和多路PWM波形产生，所述控制MCU把1秒分成多份，定义多份为n，则以每（1000/n）毫秒为间隔顺序循环采集与进样口、检测器和柱箱相联的所述多路温度采集电路形成的电压值实现温度采集，同时把经PID运算得到的PWM波形顺序输出给所述多路加热电路，实现多路温度的控制，如图2所示。

根据本发明的一些实施例，所述多路加热电路通过来自所述微控制器电路的数据总线的多路PWM分别驱动对应的多个固态继电器的通断实现多个进样口、多个检测器和柱箱多路加热部件的热量输出，所述多路PWM与所述多个固态继电器的数量相同，如图3所示。

如图3所示，通过所采集的温度的分析处理，微控制器电路通过相应传输途径（如图3中的MCU_I/O_COLH、MCU_I/O_INJ1H、MCU_I/O_DET1H等）输出控制信号控制固态继电器（如图3中的PT1-PT5）的通断，以对相应的加热部件（如图3中的J2-J6）进行加热控制。

根据本发明的一个实施例，所述多路加热电路为五路加热电路，所述五路加热电路通过来自所述微控制器电路的数据总线的五路PWM分别驱动对应的五个固态继电器的通断实现两个进样口、两个检测器和一个柱箱的五个加热部件的热量输出，如图3所示。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种多路温度控制系统，其特征在于，包括：

多路温度采集电路，所述多路温度采集电路包括进样口温度采集电路，检测器温度采集电路，柱箱温度采集电路；

多路加热电路，所述多路加热电路包括进样口温度加热电路，检测器温度加热电路，柱箱温度加热电路；

SPI总线；

数据总线；

微控制器电路，所述微控制电路通过所述SPI总线与所述多路温度采集电路相联，并对所述多路温度采集电路进行信息传递和控制；所述微控制电路通过所述数据总线与所述多路加热电路相联，并对所述多路加热电路进行信息传递和控制；

所述多路温度控制系统通过所述微控制器电路的时序变化控制所述多路温度采集电路中的模数转换芯片和热电阻电路实现多路的温度采集；所述微控制器电路将采集到的对应所需温度控制单元的温度和其所需达到的温度目标值经过PID算法和经验模型算法结合运算后给出控制所需的PWM控制波形，所述微控制器电路按照对应的控制时序输出PWM驱动所述多路加热电路中的所述温度控制单元的加热部件输出热量，实现多路温度的自动控制；

所述微控制器电路包括电源和控制MCU芯片，所述控制MCU进行温度采集协调、PID运算和多路PWM波形产生，所述控制MCU把1秒分成多份，定义多份为n，则以每1000/n毫秒为间隔顺序循环采集与进样口、检测器和柱箱相联的所述多路温度采集电路形成的电压值实现温度采集，同时把经PID运算得到的PWM波形顺序输出给所述多路加热电路，实现多路温度的控制；

所述多路温度控制系统为大于等于五路的温度控制系统。

2.根据权利要求1所述的多路温度控制系统，其特征在于，所述多路温度控制系统为五路温度控制系统，所述模数转换芯片为24位模数转换芯片。

3.根据权利要求2所述的多路温度控制系统，其特征在于，所述五路温度采集电路包括四端口24位模数转换芯片、单端口24位模数转换芯片、进样口温度采集电路、检测器温度采集电路、柱箱温度采集电路，所述四端口24位模数转换芯片一端连接所述SPI总线，另一端连接所述进样口温度采集电路、所述检测器温度采集电路，所述单端口24位模数转换芯片一端连接所述SPI总线，另一端连接所述柱箱温度控制电路。

4.根据权利要求3所述的多路温度控制系统，其特征在于，所述进样口温度采集电路、所述检测器温度采集电路、所述柱箱温度采集电路采用Pt100热电阻温度采集电路。

5.根据权利要求1所述的多路温度控制系统，其特征在于，所述热电阻电路为Pt100铂电阻电路。

6.根据权利要求1所述的多路温度控制系统，其特征在于，所述多路加热电路通过来自所述微控制器电路的数据总线的多路PWM分别驱动对应的多个固态继电器的通断实现多个进样口、多个检测器和柱箱多路加热部件的热量输出，所述多路PWM与所述多个固态继电器的数量相同。

7.根据权利要求6所述的多路温度控制系统，其特征在于，所述多路加热电路为五路加热电路，所述五路加热电路通过来自所述微控制器电路的数据总线的五路PWM分别驱动对应的五个固态继电器的通断实现两个进样口、两个检测器和一个柱箱的五个加热部件的热量输出。