CN105242716A

CN105242716A - 一种温度控制系统

Info

Publication number: CN105242716A
Application number: CN201510729040.4A
Authority: CN
Inventors: 李小丽; 周帅军
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开了一种温度控制系统，该系统包括：控制单元、驱动模块、半导体制冷器TEC以及陶瓷加热片；控制单元、半导体制冷器TEC以及陶瓷加热片均与驱动模块连接，TEC和陶瓷加热片均与被控对象连接；控制单元，用于获取被控对象的实时温度值，并根据实时温度值和目标温度值获取温度控制信号，并将温度控制信号发送至驱动模块；驱动模块，用于根据温度控制信号驱动TEC，以使TEC对被控对象进行制冷，或者根据温度控制信号驱动陶瓷加热片，以使陶瓷加热片对被控对象进行制热。本申请通过TEC和陶瓷加热片共同作用来控制被控对象的温度，与现有技术中，通过TEC的制冷和制热来控制被控对象的温度相比，具有控制精度高、温度控制范围宽的优点。

Description

一种温度控制系统

技术领域

本发明涉及温度控制领域，具体涉及一种温度控制系统。

背景技术

TEC也称半导体制冷器，是一种新型的制冷功能器件，常用于空间有限和高可靠性的场合。通过控制流过半导体制冷器电流的大小来控制制冷量的输出。半导体制冷器具有结构简单，无磨损、可靠性好、寿命长、启动快、控制灵活，精度高的特点。

温度的变化会给我们的生活、工作、生产带来重大变化，因此对温度的测量至关重要。其测量控制仪表使用各种各样的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已经成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其用途已经遍及工农业和日常生活的各个领域。

在实际系统中被控对象所处的环境比较复杂，包括与被控对象相连接的安装部件，环境温度、被控对象自身的发热情况等都是导致被控对象的工作温度不能恒定在最佳工作温度的因素。在某些情况下，要实现对被控对象的降温和升温的控制，使其达到恒定工作状态；同时需要很宽的温度控制范围以及比较高的控制精度，单独靠TEC的制冷和制热是无法完成的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种温度控制系统，该系统通过TEC和陶瓷加热片共同作用来控制被控对象的温度，具有控制精度高、温度控制范围宽的优点。

本发明提出了一种温度控制系统，包括：控制单元、驱动模块、半导体制冷器TEC以及陶瓷加热片；

所述控制单元、半导体制冷器TEC以及陶瓷加热片均与所述驱动模块连接，所述TEC和所述陶瓷加热片均与被控对象连接；

所述控制单元，用于获取被控对象的实时温度值，并根据所述实时温度值和目标温度值获取温度控制信号，并将所述温度控制信号发送至所述驱动模块；

所述驱动模块，用于根据所述温度控制信号驱动所述TEC，以使所述TEC对所述被控对象进行制冷，或者根据所述温度控制信号驱动所述陶瓷加热片，以使所述陶瓷加热片对所述被控对象进行制热。

可选的，所述驱动模块包括：第一驱动电路和第二驱动电路；

所述第一驱动电路和所述第二驱动电路均与所述控制单元连接；所述第一驱动电路与所述TEC连接，所述第二驱动电路与所述陶瓷加热片连接；

所述第一驱动电路，用于在接收到所述温度控制信号时，根据所述温度控制信号驱动所述TEC对所述被控对象进行制冷；

所述第二驱动电路，用于在接收到所述温度控制信号时，根据所述温度控制信号驱动所述陶瓷加热片对所述被控对象进行制热；

所述控制单元，还用于根据所述实时温度值和目标温度值选择所述驱动模块中的驱动电路，并将所述温度控制信号发送至选择的驱动电路。

可选的，所述第一驱动电路包括：依次连接的第一转换器、第一运算放大器和芯片；所述第一转换器与所述控制单元连接；

所述第一转换器，用于将所述温度控制信号转化为温度电压信号，并将所述温度电压信号发送至所述第一运算放大器；

所述第一运算放大器，用于对所述温度电压信号进行放大处理，并将放大处理后的温度电压信号发送至所述芯片；

所述芯片，用于根据放大处理后的温度电压信号，控制所述TEC对所述被控对象进行制冷。

可选的，所述第二驱动电路包括：依次连接的第二转换器、第二运算放大器和PWM发生器；所述第二转换器与所述控制单元连接；

所述第二转换器，用于将所述温度控制信号转化为温度电压信号，并将所述温度电压信号发送至所述第二运算放大器；

所述第二运算放大器，用于对所述温度电压信号进行放大处理，并将放大处理后的温度电压信号发送至所述PWM发生器；

所述PWM发生器，用于根据放大处理后的温度电压信号，控制所述陶瓷加热片对所述被控对象进行制热。

可选的，所述控制单元为单片机。

可选的，所述系统还包括：温度采集模块；

所述温度采集模块包括：温度传感器和第一输入电路；所述第一输入电路分别与所述温度传感器和所述控制单元连接；

所述温度传感器，用于检测所述被控对象的实时温度，并将实时温度信号输入至所述第一输入电路；

所述第一输入电路，用于将所述实时温度信号输入至所述控制单元。

可选的，所述温度传感器为数字温度传感器。

可选的，所述系统还包括：第二输入电路；所述第二输入电路与所述控制单元连接；

所述第二输入电路，用于接收用户输入的目标温度值，并将所述目标温度值传输至所述控制单元。

可选的，所述系统还包括：温度显示模块；所述温度显示模块与所述控制单元连接；

所述温度显示模块，用于接收并显示所述控制单元发送的实时温度值和目标温度值。

可选的，所述系统还包括：电源模块；

所述电源模块分别与所述控制单元和所述驱动模块连接。

由上述技术方案可知，本发明提出的一种温度控制系统通过TEC和陶瓷加热片共同作用来控制被控对象的温度，与现有技术中，通过TEC的制冷和制热来控制被控对象的温度相比，具有控制精度高、温度控制范围宽的优点。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明一实施例提供的温度控制系统的结构示意图；

图2示出了本发明另一实施例提供的温度控制系统的结构示意图；

图3示出了本发明一实施例提供的温度控制系统中第一驱动电路的结构示意图；

图4示出了本发明一实施例提供的温度控制系统中第二驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的温度控制系统的结构示意图，参照图1，该温度控制系统包括：控制单元、驱动模块、半导体制冷器TEC以及陶瓷加热片；

需要说明的是，目标温度值可以是由用户来设置的，也可以是控制单元烧写设置的。

本发明提供的一种温度控制系统通过TEC和陶瓷加热片共同作用来控制被控对象的温度，与现有技术中，通过TEC的制冷和制热来控制被控对象的温度相比，具有控制精度高、温度控制范围宽的优点。

下面对该温度控制系统进行详细说明。

该温度控制系统包括：温度采集模块；温度采集模块包括：温度传感器和第一输入电路；所述第一输入电路分别与所述温度传感器和所述控制单元连接；

其中，温度传感器为数字温度传感器DS18B20，由于DS18B20数字温度传感器的小型化，更加可以通过单条数据线完成与主电路的连接，做成探头，探入到狭小的地方，增加实用性。

该温度控制系统还包括：第二输入电路；所述第二输入电路与所述控制单元连接；所述第二输入电路，用于接收用户输入的目标温度值，并将所述目标温度值传输至所述控制单元。

可理解的是，第二输入电路还连接有按键，用户通过按键和第二输入电路将目标温度输入到控制单元中，按键还具有设置温度，复位归零等功能。

该温度控制系统还包括：温度显示模块；所述温度显示模块与所述控制单元连接；所述温度显示模块，用于接收并显示所述控制单元发送的实时温度值和目标温度值；

温度显示模块，包括相互连接的显示驱动电路和显示器，显示驱动电路与控制元件连接，显示驱动电路采用74HC573芯片，显示器采用数码管，74HC573芯片用于接收控制单元发送的温度值，并驱动显示器显示温度。

该温度控制系统还包括：电源模块；所述电源模块分别与所述控制单元和所述驱动模块连接。

需要说明的是，电源模块包括220V/5V变压器和LM7805稳压芯片。

图2为本发明另一实施例提供的温度控制系统的结构示意图，参照图2，驱动模块包括：第一驱动电路和第二驱动电路；

图3为本发明一实施例提供的温度控制系统中第一驱动电路的结构示意图，参照图3，第一驱动电路包括：依次连接的第一转换器301、第一运算放大器302和芯片303；所述第一转换器301与所述控制单元连接；

所述第一转换器301，用于将所述温度控制信号转化为温度电压信号，并将所述温度电压信号发送至所述第一运算放大器；

所述第一运算放大器302，用于对所述温度电压信号进行放大处理，并将放大处理后的温度电压信号发送至所述芯片303；

所述芯片303，用于根据放大处理后的温度电压信号，控制所述TEC对所述被控对象进行制冷；

其中，芯片类型为MAX1968。

图4为本发明一实施例提供的温度控制系统中第二驱动电路的结构示意图，参照图4，第二驱动电路包括：依次连接的第二转换器401、第二运算放大器402和PWM发生器403；所述第二转换器401与所述控制单元连接；

所述第二转换器401，用于将所述温度控制信号转化为温度电压信号，并将所述温度电压信号发送至所述第二运算放大器402；

所述第二运算放大器402，用于对所述温度电压信号进行放大处理，并将放大处理后的温度电压信号发送至所述PWM发生器403；

所述PWM发生器403，用于根据放大处理后的温度电压信号，控制所述陶瓷加热片对所述被控对象进行制热。

需要说明的是，第一转化器301和第二转化器401均为AD664的12位的D/A转换器。

下面对该温度控制系统的工作原理进行详细的说明，其中，控制单元以80C52单片机为例。

当该温度控制系统进入温控状态时，根据通讯指令判断温控方式：人工干预方式还是自动调节方式。人工干预方式是根据对读入的通信指令进行解码，解析出被控对象的目标温度；自动调节方式的目标温度是存储在单片机的存储器内，目标温度是唯一固定值。

无论何种方式，调节温度的过程是一致的，温度控制过程如下：被控对象的温度通过数字温度传感器采集后，输出数字信号通过第一输入电路处理后输入到单片机中，单片机采集到写入的12位的温度数字量，根据按键和第二输入电路的目标温度，在单片机内部进行PID计算，计算出控制方式及控制量的数字量，数字量输入到驱动模块进行信号的处理，并把输量给到选择的控制方式来进行温度的控制。当温度高于设定的目标温度时，选择的控制方式是通过TEC制冷片制冷；当被控对象温度低于目标温度时，选择的控制方式是陶瓷加热片制热。同时单片机把采集到的温度数字量和目标温度数字量通过显示驱动模块传输给显示器进行显示。

本发明的温度采集模块把采集到的温度进行处理，把温度信号转化成单片机可以识别的信号传输给单片机，与按键设置模块输入的目标温度进行比较，经过单片机内部的PID算法进行处理，把处理的结果传输给驱动模块来进行相应的温度控制。同时，把采集的被控对象的温度数据和设置的目标温度通过温度显示模块进行实时显示。

本发明具备对被控对象进行温度双向控制，即可实现升温控制，又可实现降温控制，控制方式灵活可靠。为了达到宽范围快速温度控制，制冷、热分别采用不同的器件和驱动电路来完成，可以实现低至零下15度，高至150度的温度控制范围，可以满足绝大多数的温度控制要求。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种温度控制系统，其特征在于，包括：控制单元、驱动模块、半导体制冷器TEC以及陶瓷加热片；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动模块包括：第一驱动电路和第二驱动电路；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一驱动电路包括：依次连接的第一转换器、第一运算放大器和芯片；所述第一转换器与所述控制单元连接；

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二驱动电路包括：依次连接的第二转换器、第二运算放大器和PWM发生器；所述第二转换器与所述控制单元连接；

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元为单片机。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：温度采集模块；

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述温度传感器为数字温度传感器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二输入电路；所述第二输入电路与所述控制单元连接；

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：温度显示模块；所述温度显示模块与所述控制单元连接；

10.根据权利要求1～9任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电源模块；

所述电源模块分别与所述控制单元和所述驱动模块连接。