CN104898734B - 一种动态式温差控制记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态式温差控制记录装置，用于对被加热物进行温度控制，该装置包括控制组温度传感器、控制组加热器、参考组温度传感器、控制器，其中，控制组温度传感器检测被加热物的温度，参考组温度传感器检测参考物的温度，被加热物与参考物为置于相同外部环境下的相同条件物体；控制组温度传感器的输出端、参考组温度传感器的输出端分别与控制器的输入端连接，控制器的输出端与控制组加热器连接；控制器用于采集控制组温度传感器、参考组温度传感器的温度数据，将温度数据进行对比处理后，对控制组加热器的开启和关闭进行控制，控制组加热器用于对被加热物进行加热。本发明装置具有更好的抗干扰能力，提高温度控制系统的准确性，使系统更高效。

Description

一种动态式温差控制记录装置

技术领域

本发明属于温度控制装置领域，尤其涉及一种动态式温差控制记录装置。

背景技术

现有温度控制器一般采用铂电阻温度传感器采集温度，温度传感器信号经过信号调理电路调整到合适的电压，经过多路转换开关被模拟数字转换器转换成数字信号传送到嵌入式控制器。该方式的温度采集容易受干扰产生错误数据，而且此类错误数据发现和剔除困难。同时常见温度控制器通常仅提供RS232接口，不能直接与新型计算机通讯；采用外置存储器，结构复杂，容易出现故障和数据丢失。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，提供一种动态式温差控制记录装置，具有更好的抗干扰能力，提高温度控制系统的准确性，使系统更高效。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种动态式温差控制记录装置，用于对被加热物进行温度控制，该装置包括控制组温度传感器、控制组加热器、参考组温度传感器、控制器，其中，控制组温度传感器检测被加热物的温度，参考组温度传感器检测参考物的温度，被加热物与参考物为置于相同外部环境下的相同条件物体；控制组温度传感器的输出端、参考组温度传感器的输出端分别与控制器的输入端连接，控制器的输出端与控制组加热器连接；控制器用于采集控制组温度传感器、参考组温度传感器的温度数据，将温度数据进行对比处理后，对控制组加热器的开启和关闭进行控制，控制组加热器用于对被加热物进行加热。

按上述技术方案，还包括达林顿晶体管阵列，设置在控制器与控制组加热器之间，达林顿晶体管阵列的一端与控制器的输出端连接，另一端与控制组加热器连接。达林顿晶体管阵列对控制器的数字输出信号进行放，产生继电器的控制信号，用于启动或关闭加热器。

按上述技术方案，所述控制组温度传感器、参考组温度传感器为数字温度传感器DS18B20。

按上述技术方案，所述控制器为C8051F320单片机。

按上述技术方案，控制器还包括USB接口Mini-B型连接器，用于和计算机互联。进行控制器参数设置和采样数据下载以及在线温度实时监测。

按上述技术方案，所述控制器进行如下控制，预设被加热物的目标温度与参考物的温度之间的差值为Tdx℃，在控制器采集控制组温度传感器、参考组温度传感器的温度之后，将控制组温度传感器的温度Tci与参考组温度传感器的平均温度Trm对比，如果Tci-Trm<Tdx,则控制该控制组温度传感器对应的控制组加热器进行加热；否则，就关断对应的控制组加热器。

本发明产生的有益效果是：该装置使用混合信号片上系统C8051F320单片机作为控制器，采用数字温度传感器DS18B20作为温度传感器，并采用达林顿晶体管阵列ULN2003D对控制器的数字输出信号进行放大产生继电器的控制信号用于启动或关闭控制组加热器。对采集的温度信号根据参考组和控制组的需求进行计算后，通过开关控制组加热器对控制组的温度进行控制。采集的温度信号按照一定的时间间隔直接存储在单片机的FLASH中，可以过一段时间通过USB接口传送到PC或便携式电脑。本发明装置具有更好的抗干扰能力，提高温度控制系统的准确性，使系统更高效。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是传统温度控制器结构温度检测部分的结构；

图2是本发明实施例中控制器的电源电路部分的电路结构示意图；

图3是本发明实施例中控制器C8051F320单片机的电路结构示意图；

图4是本发明实施例中数字温度传感器DS18B20的示意图；

图5是本发明实施例中达林顿晶体管阵列的示意图；

图6是本发明实施例中控制组加热器的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中提供一种动态式温差控制记录装置，用于对被加热物进行温度控制，该装置包括控制组温度传感器、控制组加热器、参考组温度传感器、控制器，其中，控制组温度传感器检测被加热物的温度，参考组温度传感器检测参考物的温度，被加热物与参考物为置于相同外部环境下的相同条件物体；控制组温度传感器的输出端、参考组温度传感器的输出端分别与控制器的输入端连接，控制器的输出端与控制组加热器连接；控制器用于采集控制组温度传感器、参考组温度传感器的温度数据，将温度数据进行对比处理后，对控制组加热器的开启和关闭进行控制，控制组加热器用于对被加热物进行加热。本发明装置可在外部环境渐变的情况下，使被加热物与渐变的外部环境温度之间保持一定的温差，参考物不使用加热器进行加热，其温度与外部环境温度保持一致。

进一步地，还包括达林顿晶体管阵列，设置在控制器与控制组加热器之间，达林顿晶体管阵列的一端与控制器的输出端连接，另一端与控制组加热器连接。达林顿晶体管阵列对控制器的数字输出信号进行放，产生继电器的控制信号，用于启动或关闭加热器。

其中，所述控制组温度传感器、参考组温度传感器为数字温度传感器DS18B20。数字温度传感器DS18B20直接输出数字化的温度值，数字通信具有更好的抗干扰的能力，DS18B20采用的1-Wire通信协议拥有优异的CRC容错机制，具有抗干扰强、通信可靠对错误数据免疫力高的优点，可以有效的防止采集系统存储错误的温度值，提高监测系统的可靠性。

其中，所述控制器为C8051F320单片机。C8051F320单片机对外接的控制组温度传感器、参考组温度传感器进行采样和外接的控制组加热器进行控制的程序通过编程器烧写到芯片中；其中J_JTAG为编程器接口，用于将编写的用户程序烧写到C8051F320单片机；SW_Reset部分为控制器提供正确的上电复位时序。

进一步地，控制器还包括USB接口Mini-B型连接器，用于和计算机互联。进行控制器参数设置和采样数据下载以及在线温度实时监测。

本发明实施例中，所述控制器进行如下控制，预设被加热物的目标温度与参考物的温度之间的差值为Tdx℃，在控制器采集控制组温度传感器、参考组温度传感器的温度之后，将控制组温度传感器的温度Tci与参考组温度传感器的平均温度Trm对比，如果Tci-Trm<Tdx,则控制该控制组温度传感器对应的控制组加热器进行加热；否则，就关断对应的控制组加热器。当对控制组中的一个被加热物设置多个温度传感器时，Tci为该多个温度传感器的平均值。对从各温度传感器中采集的温度，可以按照设定的时间间隔存储在C8051F320内部FLASH，采用芯片内置存储器存储数据既简化了系统的结构，降低了存储故障的风险，也节约了装置的物料成本和设计成本。已经存储的温度数据可通过开发板的USB接口传输到PC机；对已经存储的温度记录，可以通过在PC端用专用软件进行擦除。

在本发明的较佳实施例中，提供一种动态式温差控制记录装置，与图1所示的现有温度装置相比，本装置更适用于需要进行温差控制的生产、工艺和科学研究。本发明装置使用混合信号片上系统C8051F320单片机作为控制器，采用数字温度传感器DS18B20作为温度传感器，并采用达林顿阵列ULN2003D对单片机的数字输出信号进行放大，产生继电器的控制信号用于启动或关闭加热器。对采集的温度信号根据参考组和控制组的需求进行计算后，通过控制组加热器对控制组的被加热物的温度进行控制。采集的温度按照一定的时间间隔直接存储在单片机的FLASH中，可以过一段时间通过USB接口传送到PC或笔记本。该装置由混合信号片上系统C8051F320单片机作为控制器，通过其端口P20～P27对T0～T7的8路数字温度传感器进行温度采集，然后进行分析处理，再根据分析处理的结果对10路开关量输出连接的控制组加热器进行启、停控制，同时将温度数据按照一定的时间间隔保存在片内的FLASH中。本实施例中，参考组中，设置3个参考物，每个参考物上设置1个参考组温度传感器对其进行温度检测，对3个参考组温度传感器的温度数据计算平均值Trm。控制组中，设置5个控制组温度传感器，分别对5个被加热物进行温度检测，每个被加热物设置2个控制组加热器对其进行加热。本实施例在，如图2所示，其中器件ASM1117部分为控制器的电源电路部分，用于将从J_Pwr连接器输入的7～4.5V的直流电源整流为3.3V的直流电压，从而为控制器供电；LedPwr在供电后点亮用于指示电路板已经供电。图3中C8051F320为控制板MCU，对外接温度传感器进行采样和外接继电器进行控制的程序通过编程器烧写到该C8051F320单片机中；J_JTAG为编程器接口，用于将编写的用户程序烧写到MCU；SW_Reset部分为控制器提供正确的上电复位时序；J_USB为控制板USB接口Mini-B型连接器，用于和PC或笔记本互联，进行控制器参数设置和采样数据下载以及在线温度实时监测。如图4所示，J_TS连接器用于连接8路DS18B20数字温度传感器Ti(i＝0,…,7)，获取数字温度传感器DS18B20采集的温度数据；数字温度传感器DS18B20直接输出数字化的温度值，数字通信具有更好的抗干扰的能力，DS18B20采用的1-Wire通信协议拥有优异的CRC容错机制，具有抗干扰强、通信可靠对错误数据免疫力高的优点，可以有效的防止采集系统存储错误的温度值，提高监测系统的可靠性。图5中，端口P00～P07和P10～P15共14个端口，其中P00～P07和P10～P11共10路经达林顿晶体管阵列信号放大后通过J_PSW连接10个独立的直流-交流固态继电器，用做控制组加热器外设的开关。P12～P15共4路经达林顿晶体管阵列信号放大后驱动控制器的四个控制板状态信号灯，用于显示控制板的工作、故障状态。图6中K0～K9、Heater0～Heater9为控制组固态开关和加热器部分，根据S0～S9的信号启动或者停止加热，以维持设定的温差。

对从数字温度传感器采集的温度，可以按照设定的时间间隔存储在C8051F320内部FLASH，采用芯片内置存储器存储数据既简化了系统的结构，降低了存储故障的风险，也节约了装置的物料成本和设计成本。已经存储的温度数据可通过开发板的USB接口传输到PC机；对已经存储的温度记录，可以通过在PC端用专用软件进行擦除。在使用时，可以将温度传感器T0～T7根据需要进行分组，分为控制组和参考组；设定控制组温度Tci比参考组均温Trm高Tdx℃。在控制器采集各个温度传感器的温度之后，先对参考组的温度计算平均值Trm，然后将控制组各个温度传感器对应的温度Tci与之对比，如果Tci-Trm<Tdx,则控制对应的加热器进行加热；否则，就关断对应的加热器。

本发明装置可以应用在测量水体温度领域，现有装置仅测量水体中单点温度视作水体温度，忽略了水体温度的分层特性。本装置通过采用在不同水体深度布置温度传感器，计算平均温度视作水体温度，更加准确可靠。同时，野外的水体因为受热会出现显著的温度分层现象，因此在各个位置、深度进行温度测量也不同。根据水体大小，在水体中沿缸壁相对垂直方向45度布置一个水泵，加强水体垂直和水平方向的对流，使得水体内温差减小。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种动态式温差控制记录装置，用于对被加热物进行温度控制，其特征在于，该装置包括控制组温度传感器、控制组加热器、参考组温度传感器、控制器，其中，控制组温度传感器检测被加热物的温度，参考组温度传感器检测参考物的温度，被加热物与参考物为置于相同外部环境下的相同条件物体；控制组温度传感器的输出端、参考组温度传感器的输出端分别与控制器的输入端连接，控制器的输出端与控制组加热器连接；控制器用于采集控制组温度传感器、参考组温度传感器的温度数据，将温度数据进行对比处理后，对控制组加热器的开启和关闭进行控制，控制组加热器用于对被加热物进行加热；还包括达林顿晶体管阵列，设置在控制器与控制组加热器之间，达林顿晶体管阵列的一端与控制器的输出端连接，另一端与控制组加热器连接；所述控制组温度传感器、参考组温度传感器为数字温度传感器DS18B20；所述控制器为C8051F320单片机；控制器还包括USB接口Mini-B型连接器，用于和计算机互联；所述控制器进行如下控制，预设被加热物的目标温度与参考物的温度之间的差值为Tdx℃，在控制器采集控制组温度传感器、参考组温度传感器的温度之后，将控制组温度传感器的温度Tci与参考组温度传感器的平均温度Trm对比，如果Tci-Trm<Tdx,则控制该控制组温度传感器对应的控制组加热器进行加热；否则，就关断对应的控制组加热器。