CN107621837A - 一种用于流体喷射阀的变功率温控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流体喷射阀的变功率温控系统及控制方法，包含温度传感器、单片机、温度显示模块，PWM波形处理模块，加热装置，被加热物体即点胶阀主体。其中，温度传感器用于检测流体腔的实时温度；单片机用于处理温度传感器的温度数据，并与设定温度比较，经PID处理，输出频率一定，占空比可调的PWM波；PWM波形处理模块用于将单片机输出的低电压放大至高电压施加于加热装置。本发明结构简单，使用方便，能根据胶液腔当前温度自动调整输出PWM的占空比，改变加热装置功率，使得温度控制精确。

Description

一种用于流体喷射阀的变功率温控系统及控制方法

技术领域

本发明属于电气控制技术领域，涉及到变功率高精度温度控制。

背景技术

在微电子封装技术中，流体喷射技术是必不可少的，在喷射式点胶技术中，温度是影响点胶质量的一个重要因素。胶液本身粘度会随着温度的增加而迅速减小；点胶过程中，胶液温度的稳定性也会影响点胶阀的喷射性能，胶滴的一致性等，因此，保持胶液腔温度稳定非常重要。

对物体进行温度控制是把电能转化为热能，利用反馈进行物体恒温控制的一般模式是：检测物体当前温度，与设定温度进行比较，通过特定算法控制继电器的通断，进而控制物体加热与否。目前常用PID算法控制继电器的通断，如果加热装置加热功率较大，或物体体积，比热容较小，当物体当前温度接近设定温度时，即使加热装置在继电器一个通断周期加热也会导致物体温度在一定范围内波动，因此，对于高精度的恒温控制，简单的PID控制继电器通断，恒定功率加热方式难以满足要求。

本专利设计了一种用于流体喷射阀的变功率温控系统，采用高频PWM波(例如1KHz)输出控制，通过PID算法得到PWM的占空比，使加热装置功率是渐变的，有利于流体腔温度稳定。其中，驱动电路包含两种实现方式：其一，调占空比：将单片机的低压PWM波通过比较器输出稳定的PWM波，经过场效应管开关电路控制加热装置负载电路的通断；其二，调电压：将低压PWM波进行RC滤波，或者其他方式转变为低压模拟信号，然后通过放大器放大为高压模拟电压，施加于加热装置。

发明内容

本发明针对上述恒定功率加热难以满足流体腔温度稳定的问题，提供了一种基于PWM输出的变功率温控方法。

本发明的技术方案如下：

一种变功率温度控制系统及控制方法，系统组成包括：

温度检测电路：包括温度传感器及其驱动电路，用于检测物体温度，并输出温度数据给单片机；

单片机：用于接收温度检测电路输出的温度数据，与设定温度相比较，经过PID处理，输出一定频率，占空比可调的PWM波形；

温度显示电路：包括某种尺寸大小的LCD显示屏，及其驱动电路，用于显示温度数据。

USB供电与通信电路：包括USB接口和电平转换芯片CH340，电源开关。

驱动电路：根据单片机输出的PWM波形，转化为高压的PWM波或者高压模拟信号，施加于加热装置。

所述温度检测电路的结构为：数字温度传感器DS18b20，温度数据为两字节16位数据，通过管脚2DQ与单片机PA0端口连接，同时通过上拉电阻R19连接到VCC3.3电源端。管脚1GND和管脚3VCC分别接地和接电源。

所述单片机原理图：单片机型号为STM32F103RCT6，包括复位电路和晶振电路，单片机用于接收温度数据，显示温度，经过PID运算，经PA11端口输出一定占空比的PWM波。

所述温度显示电路的结构为：显示屏为2.8寸TFTLCD，包含16个数据端口，复位端口，背光调节端口，接电源端口，控制端口与片选端口。

所述USB供电与通信电路结构为：包括USB接口，电源开关BOTTON，电平转换芯片CH340。AMS可通过USB接口的5.0V获取3.3V电源，USB接口的D+、D-端口连接到CH340芯片的对应端口，通过输出端口TXD、RXD与单片机的PA9、PA10端口连接，用于程序烧录与通信，CH340芯片的端口1、16接电源，端口7、8接晶振电路。

所述驱动电路的结构为：驱动电路1包含比较器LM358，N沟道场效应管，比较器端口4、8接电源，端口2接参考电压，端口3接输入信号，与单片机端口PA11连接，端口1输出高电平5V的PWM波，通过场效应管连接到加热棒。驱动电路2包含R1、R2、C1、C2组成的RC滤波电路，LM358、R3、R4、R5组成的放大电路，PWM波经RC电路转为模拟电压信号，经放大电路后连接到加热棒。

输出PWM原理为：温度采样值与设定值比较，误差大于一定值§时，输出PWM高电平3.3V的占空比为100％，误差小于一定值§时，经过PID计算，输出一定占空比的PWM波，频率设定为1KHz，见图7流程图。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过改变占空比和改变电压的方式对加热棒进行变功率加热，提升了胶液腔温度的稳定性，可以有效地提升流体喷射阀的喷射性能，保证了胶滴的一致性。

附图说明

图1是温度检测电路原理图。

图2是单片机原理图。

图3是温度显示电路原理图。

图4是USB供电与通信电路图。

图5是驱动方式1电路。

图6是驱动方式2电路。

图7是图2晶振电路部分。

图8是图2单片机芯片部分。

图9是控制方法的流程图。

图10是说明书摘要附图。

具体实施方式

下面结合附图说明本控制方法的实施流程：

单片机初始化。连接好电路，将USB-232接口插入电脑，启动单片机开关按钮BOTTON，通过USB端口对对单片机供电并下载程序。

温度检测。数字温度传感器DS18b20检测流体腔实时温度，将温度数据以两字节16位的形式通过对应端口发送给单片机。

单片机。单片机将温度采样值与设定值相比较，温度误差较大时，通过PA11端口输出持续高电平电压；温度误差小于某个值§时，单片机运行PID算法，计算对应端口输出PWM波的高电平占空比。同时，单片机将温度数据和占空比值发送给TFTLCD显示屏显示。

电压驱动电路，单片机PA11输出端口的PWM波经过驱动电路转为高压PWM施加在加热装置负载两端。驱动电路有两种实现方式，其一，改变占空比，低压PWM波经过比较器输出5V标准PWM波，作为场效应管的输入端，控制负载电路的通断；其二，改变电压值，低压PWM波经过二级RC滤波，转为低压模拟电压信号，经过放大器进行电压放大后施加到负载两端。

Claims (10)

1.一种用于流体喷射阀变功率温控系统，其特征在于，系统组成包括：

流体喷射阀：包括点胶阀主体1、流体腔2、温度传感器装置3和加热装置4，流体腔2、温度传感器装置3和加热装置4集成一体位于喷射阀主体1下方，可以从喷射阀主体1拆卸或固定，该喷射阀可以实现流体喷射；

温度检测电路：包括温度传感器及其驱动电路，该温度传感器端口与单片机电路端口连接，可以实现将温度电路的温度数据传送给单片机电路；

单片机电路：包括单片机、晶振电路和复位电路，该单片机电路接收温度检测电路传送的实时温度数据，与设定的温度值比较，经PID处理，输出一定频率、占空比可调的PWM波，经驱动电路对该PWM波放大，经驱动电路放大的电压驱动加热装置加热，温度传感器将加热的实时温度数据传到单片机电路，完成单片机反馈控制的一个循环，实现流体喷射阀变功率温度控制；

温度显示电路：包括LCD显示屏及其驱动电路，用于将温度数据显示在显示屏上；

USB供电与通信电路：包括USB接口、电源开关BOTTON、电平转换芯片CH340、AMS，用于流体喷射阀变功率温控系统的供电以及控制程序的烧录、通信；

驱动电路：通过该驱动电路，将单片机输出的频率一定、占空比可调的PWM波，输出为稳定的、放大的PWM波或连续的模拟电信号，将输出的该电压施加于加热装置加热，实现加热装置稳定的、功率可控的加热。

2.根据权利要求1所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统，其特征在于，所述温度检测电路的结构为：温度传感器型号为DS1820，该温度传感器传递的数据长度为两字节16位，其连接方式为：该温度传感器的管脚1接该温度检测电路的地、管脚2与单片机PA0端口连接、管脚3与管脚2串联的电阻R19先并联，将该并联点分为两个支路，一个支路连接到VCC3.3电源端，另一个支路串联电容C20再接该电路的地。

3.根据权利要求1所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统，其特征在于，所述单片机电路结构为：单片机型号为STM32F103RCT6，单片机的PA11端口外接驱动电路，该单片机PA11端口输出一定频率、占空比可调的PWM波，该PWM波的频率可以为1KHZ。

4.根据权利要求1所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统，其特征在于，所述温度显示电路的结构为：显示屏为2.8寸TFTLCD，该显示屏包含16个数据端口、复位端口、背光调节端口、接电源端口、控制端口以及片选端口等。

5.根据权利要求1所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统，其特征在于，所述USB供电与通信电路结构为：USB接口的D+、D-端口连接到CH340芯片的端口5和6；CH340芯片的输出端口TXD、RXD与单片机的端口PA9、PA10连接，端口1、16分别接地和电源VCC5，端口7、8接晶振电路，通过该连接实现对流体喷射阀变功率温控系统供电以及控制程序的烧录、通信；电源开关BOTTON控制5VCC和3.3VCC电压的同时导通和断开；AMS与USB接口的连接可以同时获取5.0V和3.3V驱动电压。

6.根据权利要求1所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统，其特征在于，所述驱动电路的结构为：包含比较器LM358、N沟道场效应管，比较器端口4、8接电源，端口2接参考电压，端口3接输入信号，与单片机端口PA11连接，端口1输出高电平为5V的PWM波，通过场效应管连接到加热装置。

7.根据权利要求1所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统，其特征在于，所述驱动电路的结构为：包含电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2组成的RC滤波电路，LM358、电阻R3、电阻R4、电阻R5组成的放大电路，电阻R1接单片机PA11端口，单片机输出的PWM波经RC滤波电路转为连续模拟电压信号，经放大电路后连接到加热装置。

8.根据权利要求1所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统的控制方法，其特征在于，将加热装置、温度检测电路、单片机电路、温度显示电路、USB供电与通信电路、驱动电路通过端口连接，驱动电路的输出电压驱动加热装置给流体加热，温度检测电路将采集的流体温度值传送到单片机电路并显示在温度显示电路的显示屏上，USB供电与通信电路将烧录的PID控制程序传送到单片机电路，单片机电路将输出的一定频率、占空比可调的PWM波传送到驱动电路，单片机电路对比采集的温度值与设置值，在误差大于一定值§时，输出100％高电平电压；在误差小于一定值§时，经PID计算，驱动电路对单片机电路输出的一定频率、占空比可调的PWM波作用，该驱动电路输出的电压驱动加热装置加热流体，实现对流体的可变功率温度控制。

9.根据权利要求8所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统的控制方法，其特征在于，在误差大于一定值§时，输出100％高电平电压；在误差小于一定值§时，经PID计算，将单片机PA11端口输出的一定频率、占空比可调的PWM波与比较器端口2的电压通过比较器比较，输出稳定的PWM波，通过在电路中接入比较器去除电压干扰和电压放大，通过电路中接入N沟道场效应管对比较器输出的电压放大，输出稳定的、放大的PWM波，该PWM波的高电平可以为24V。

10.根据权利要求8所述一种用于流体喷射阀变功率温控系统的控制方法，其特征在于，在误差大于一定值§时，输出100％高电平电压；误差小于一定值§时，经PID计算，该驱动电路中的RC滤波电路将PWM波输出为连续的模拟电信号，该驱动电路中的放大电路对模拟电信号的电压线性放大，输出连续的模拟电压信号，该连续模拟电压信号的电压可以为24V。