CN109375673A - 一种痕量气体监测设备温度保持控制系统 - Google Patents

一种痕量气体监测设备温度保持控制系统 Download PDF

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詹锴
窦科
周海金
罗宇涵
张泉
司福祺
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands

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Abstract

本发明公开了一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，包括温控电路板和痕量气体探测系统，所述温控电路板包括PWM控制模块和单片机控制模块，痕量气体探测系统分别连接PWM控制模块和单片机控制模块，痕量气体探测系统上还设有探测器和镜头，痕量气体探测系统的外部包裹有加热膜，本发明痕量气体监测设备温度保持控制系统结构简单，操作过程容易，开启一段时间后自动关闭，有效节约电能，因此具有节约能源、智能程度高、制作成本低的优点。

Description

一种痕量气体监测设备温度保持控制系统
技术领域
本发明涉及一种温控系统，具体是一种痕量气体监测设备温度保持控制系统。
背景技术
大气中的氮、氧、氩、二氧化碳占干空气的99.997%，其他气体如氮氧化合物、碳氢化合物、硫化物和氯化物等含量极少，多为痕量气体。由于痕量气体收到各种物理、化学、生物、地球过程的作用并参与生物地球化学的循环，对全球大气环境及生态造成了重大影响，如光化学烟雾、酸雨、温室效应、臭氧层破坏等，因此对痕量气体的监测是大气环境测量技术的重点。痕量气体监测系统是利用光线在大气传输时各种气体分子在不同波段对其有不同的特征吸收，实现对气体定性、定量测量的一种光谱分析方法。它可以同时监测多种痕量气体浓度（如O3,NOX,SO2,CH2O等），测量范围达数公里，具有高灵敏度。系统由采集系统，光谱仪系统，控制和数据处理系统组成。温度的稳定是系统性能的保证，温度的漂移将使系统光谱产生漂移，给后期数据处理带来误差，因此需采取措施保障系统温度稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，包括温控电路板和痕量气体探测系统，所述温控电路板包括PWM控制模块和单片机控制模块，痕量气体探测系统分别连接PWM控制模块和单片机控制模块，痕量气体探测系统上还设有探测器和镜头，痕量气体探测系统的外部包裹有加热膜。
作为本发明的进一步技术方案：所述痕量气体探测系统具体是成像光谱仪。
作为本发明的进一步技术方案：所述PWM控制模块采用TL494芯片。
作为本发明的进一步技术方案：所述单片机控制模块采用MEGA128型单片机。
作为本发明的进一步技术方案：所述探测器具体为CCD探测器。
作为本发明的进一步技术方案：所述镜头采用紫外镜头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明痕量气体监测设备温度保持控制系统采用PWM模式进行温度控制。采用专用PWM控制芯片作为温度控制电路的主要控制部件，利用温度闭环控制，实现温度的精确控制；同时，辅以8位单片机MEGA128对温度进行采样并进行PWM细调，以获得更为准确的温度控制范围。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为TL494开关模式脉宽调制控制器内部原理图。
图3为Mega128快速PWM时序图。
图4为温度控制模块功能实现流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
请参阅图1-4，一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，包括温控电路板和痕量气体探测系统，温度控制中主要的加热器件为电阻式柔性加热片。采用PWM模式进行温度控制。为考虑系统的可靠性，拟采用专用PWM控制芯片作为温度控制电路的主要控制部件，利用温度闭环控制，实现温度的精确控制；同时，辅以8位单片机MEGA128对温度进行采样并进行PWM细调，以获得更为准确的温度控制范围。
两种控制方式既互为补充，又互相独立，作为系统的冗余设计，确保系统温度控制的可靠性，现在流行的PWM控制芯片有多种，常用的有TL494、UC3842及UC3836等，因此，选择TL494做为专用PWM控制芯片，结合MEGA128单片机的软PWM控制构成本系统的主要电路。
温度控制中主要的加热器件为电阻式柔性加热片。考虑系统的可靠性及无人值守等特点，特采用PWM模式进行自闭环温度控制。采用专用的PWM控制芯片作为温度控制电路中的主要执行部件，利用温度采集并完成自闭环控制，实现温度的精确控制及自动运行，降低人为操作；同时，辅以8位单片机MEGA128对温度进行采样，并且通过软件进行PWM温度控制的精确细调，以获得更为准确的温度控制范围。同时，单片机也可以根据采集到的温度情况进行实时判断、设置报警阈值、与上位机通讯、进行系统自检等智能控制功。
本发明的工作原理是：Mega128单片机构成的电路可以轻松实现系统的在线编程（ISP编程），有利于随时随地的调试程序。Mega128单片机同样支持jtag编程仿真等功能。Mega128片内带有10位8通道ADC转换单元，可以实现温度采集、系统电压监视，从而达到实现包括硬件自检、系统报警等功能，提高系统的可靠性。
Mega128带有两路8位PWM输出接口，以及6路分辨率可编程的PWM输出（2~16位），硬件支持实现快速PWM算法，可以轻松的满足温度控制的PWM调节功能。
主要芯片的选取既常用，也可靠，增强了系统的可靠性和可维护性，降低了系统研制风险。专用PWM控制与软件PWM控制这两种方式既互为补充，又互相独立，作为系统的冗余设计，确保系统温度控制的可靠性。
为便于调试，系统设计了通用的串行接口，可以简单的通过串行口实现系统的调试、简单控制（如温度读取、温度设置、温度修正）的功能。
图3为Mega128内部具有PWM功能的8位定时器/计数器2工作于快速PWM模式下的时序图。
快速PWM模式可用来产生高频的PWM波形。快速PWM模式与其他PWM模式的不同之处是其单边斜坡工作方式。计数器从BOTTOM计到MAX，然后立即回到BOTTOM重新开始。对于普通的比较输出模式，输出比较引脚OC2在TCNT2与OCR2匹配时清零，在BOTTOM时置位；对于反向比较输出模式，OC2的动作正好相反。由于使用了单边斜坡模式，快速PWM模式的工作频率比使用双斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高频操作特性使得快速PWM模式十分适合于功率调节，整流和DAC应用。高频可以减小外部元器件(电感，电容)的物理尺寸，从而降低系统成本。工作于快速PWM模式时，计数器的数值一直增加到MAX，然后在后面的一个时钟周期清零。
Mega128单片机主要实现以下功能，见图4。Mega128上电之后等待联机，联机成功后，根据指令实现开机预热、停止加热、温度查询、温度设置及状态查询等功能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，包括温控电路板和痕量气体探测系统，其特征在于，所述温控电路板包括PWM控制模块和单片机控制模块，痕量气体探测系统分别连接PWM控制模块和单片机控制模块，痕量气体探测系统上还设有探测器和镜头，痕量气体探测系统的外部包裹有加热膜。
2.根据权利要求1所述的一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，其特征在于，所述痕量气体探测系统具体是光栅光谱仪。
3.根据权利要求1所述的一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，其特征在于，所述PWM控制模块采用TL494芯片。
4.根据权利要求1所述的一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，其特征在于，所述单片机控制模块采用MEGA128型单片机。
5.根据权利要求1所述的一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，其特征在于，所述探测器具体为CCD探测器。
6.根据权利要求1所述的一种痕量气体监测设备温度保持控制系统，其特征在于，所述过镜头采用紫外镜头。
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