CN109688635A - 一种pwm加热控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种PWM加热控制系统及方法，所述系统通过温度传感器采集数据信息，将结果传送到单片机控制的主控器，经过单片机PID算法的处理，主控器产生相应占空比的PWM波，数据通过显示电路显示。控制NMSO的状态，进而控制SX1308升压控制芯片，来达到控制加热的目的，使温度稳定在设置的温度左右。

Description

一种PWM加热控制系统及方法
技术领域
本发明涉及加热控制技术领域，具体涉及一种PWM加热控制系统及方法。
背景技术
目前主流的加热控制方式有以下几种，功率控制加热，由温控器控制输入输出信号，由可控硅调节加热器的加热功率来控制加热系统的加热量。当加热系统的温度值远低于设定值时，则可控硅全功率输出。当加热系统的温度接近设定值时，则可控硅的功率输出量会越来越小。一旦温度达到设定值，可控硅的功率输出量即为零。其优点是控温效果好，适用于一些对温度要求较高的场合，但由于其应用的成本较大，结构较为复杂。应用尚不广泛。
电阻限流控制加热，通过改变电阻阻值大小，来改变电流。最终达到控制加热的目的，能够在较低的成本下，达到控制加热温度的目的。但其有大部分的功率消耗在了调节电阻上，造成了极大的浪费。
人工控制方式，根据个人感官判断，调节输出功率控制加热温度，由于环境温度的影响，容易使人产生错觉造成较大误差，并且耗费时间。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种PWM加热控制系统及方法，所述PWM(Pulse WidthModulation)控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形。将PWM信号加在NMOS上，可控制NMOS的导通和截至。通过改变PWM的占空比，即可调节整个电路的导通的时间。当频率较高时，就能够达到调节电压的目的。通过电压的调整，就能够改变加热的功率。
为实现上述目的，本发明公开一种PWM加热控制系统，所述系统由PWM产生电路、升压稳压电路、加热控制电路、OLED显示电路和温度采集电路组成；
所述升压稳压电路的电源输出端与PWM产生电路的电源输入端连接，所述PWM产生电路的第一数字输入输出端与所述温度采集电路的数字输入输出端连接，所述PWM产生电路的PWM波发生端与加热控制电路的信号接收端连接，所述PWM产生电路的第二数字输入输出端与所述OLED显示电路的输入输出端连接。
在上述技术方案中，所述升压稳压电路由升压电路及稳压电路组成；
其中，升压模块由升压芯片CE8301与电容C32、电感L4及二极管D9连接组成升压电路，所述升压电路支持0.9V至5V电压输入，固定5V输出；
稳压电路由低压差线性稳压芯片AMS1117-3.3V与电容C15、电容C16连接组成稳压电路，将升压电路输出的5V电压经稳压电路后输出位3.3V电压为PWM产生电路提供电能。
在上述技术方案中，所述PWM产生电路的主控芯片为STC15W4K32S4系列单片机，所述PWM产生电路的PWM波发生端由所述单片机的PWM波发生端产生，所述STC15W4K32S4系列单片机产生6路高精度PWM，且各路PWM相互独立,所述PWM产生电路的第一数字输入输出端为单片机的第一数字输入输出端，所述PWM产生电路的第二数字输入输出端为单片机的第二数字输入输出端。
在上述技术方案中，所述温度采集电路由DS18B20单总线数字温度传感器与电阻R13连接组成，所述传感器与单片机通过单总线的连接方式连接，所述传感器DS18B20数字输入输出端连接至单片机第一数字输入输出端。
在上述技术方案中，所述单片机的PWM波发生端包括第一路PWM发生端与第二路PWM发生端，所述第一路PWM发生端与加热控制电路中NMOS1端连接，所述第二路PWM发生端与加热控制电路中NMOS2端连接，由单片机控制加热控制电路的通断；
所述NMOS1端由电阻R6与二极管D4并联后分别与电阻R10一端连接及MOS管Q4的栅极连接，电阻R10另一端与MOS管Q4的源极连接，所述NMOS2端由电阻R7与二极管D5并联后分别与电阻R11一端连接及MOS管Q3的栅极连接，电阻R10另一端与MOS管Q3的源极连接，加热控制电路还包括加热电路，所述加热电路的核心芯片为升压芯片SX1308，所述升压芯片SX1308的输入端连接输入电源且并联电容C7和C8，所述升压芯片SX1308的输出反馈端连接电阻R8和R9，通过电阻R8和R9的比值设置输出电压，输出端连接电热丝P1。
本发明还公开一种PWM加热控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1、通过温度采集电路采集的温度数据，发送至单片机；
S2、单片机接收温度数据后，通过单片机内部程序PID算法对数据进行处理；
S3、根据处理后的数据，由单片机的PWM波产生端控制加热控制电路中NMOS1端及NMOS2端进行开关，当温度低于设定温度时，单片机控制NMOS1端及NMOS2端开通信号，加热升压电路进行加热，温度高于设定温度时，单片机控制NMOS1端及NMOS2端关闭信号，停止加热。
在上述技术方案中，所述单片机内部程序PID算法处理过程包括以下步骤：
S21、将温度显示初始化，变量初始化及温度传感器进行初始化；
S22、读取当前温度并通过OLED显示电路显示温度，根据温度计算调整PWM占空比；
S23、判断当前温度与目标温度的大小，根据当前温度与目标温度的差值决定加热占空比，并开始按照比例控制加热。
本发明一种PWM加热控制系统及方法，具有以下有益效果：采用STC15W4K32S4系列的单片机产生PWM波，无需任何外围设备，结构简单。并且能将采集到的数据，经过PID算法，输出需要占空比的方波，使升压芯片输出对应的电压，以达到控制温度的目的。可控制温度范围最高达到125摄氏度，控制温度精确，能够满足更高的生活要求，例如烧水、煮饭、药液加热等。工作环境要求较低，单片机可在175℃下稳定工作，抗干扰能力较强。
附图说明
图1为本发明一种PWM加热控制系统模块图；
图2为本发明升压稳压电路图；
图3为本发明加热控制电路及温度采集电路图；
图4为本发明一种PWM加热控制方法流程图；
附图说明：1-PWM产生电路，2-升压稳压电路，3-加热控制电路，4-OLED显示电路，5-温度采集电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，本发明提供一种PWM加热控制系统，如图1所示，所述系统由PWM产生电路1、升压稳压电路2、加热控制电路3、OLED显示电路4和温度采集电路5组成；
所述升压稳压电路2的电源输出端与PWM产生电路1的电源输入端连接，所述PWM产生电路1的第一数字输入输出端与所述温度采集电5的数字输入输出端连接，所述PWM产生电路1的PWM波发生端与加热控制电路3的信号接收端连接，所述PWM产生电路1的第二数字输入输出端与所述OLED显示电路4的输入输出端连接。
其中，所述升压稳压电路2由升压电路及稳压电路组成，如图2所示；
其中，升压模块由升压芯片CE8301与电容C32、电感L4及二极管D9连接组成升压电路，所述升压电路支持0.9V至5V电压输入，固定5V输出；
稳压电路由低压差线性稳压芯片AMS1117-3.3V与电容C15、电容C16连接组成稳压电路，将升压电路输出的5V电压经稳压电路后输出位3.3V电压为PWM产生电路提供电能。
通过CE8301的导通时。使电源对电感L4充电，因为电容C3两端电压不能突变。电容可向负载供电。当CE8301关断时，此时电感L4和电源相当于串联一起向负载和电容供电。二极管D9防止电容对地放电。最后通过稳压管AMS1177稳压后给单片机供电。
其中，所述PWM产生电路1的主控芯片为STC15W4K32S4系列单片机，所述PWM产生电路的PWM波发生端由所述单片机的PWM波发生端产生，所述STC15W4K32S4系列单片机产生6路高精度PWM，且各路PWM相互独立,所述PWM产生电路的第一数字输入输出端为单片机的第一数字输入输出端，所述PWM产生电路的第二数字输入输出端为单片机的第二数字输入输出端。
其中，如图3所示，所述温度采集电路5由DS18B20单总线数字温度传感器与电阻R13连接组成，所述传感器与单片机通过单总线的连接方式连接，所述传感器DS18B20数字输入输出端连接至单片机第一数字输入输出端。
DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的单总线数字温度传感器，它可以实现数字化的输出和测试。最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度，检测温度范围为–55℃～+125℃，温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片中。其与单片机采用单总线的连接方式DS18B20的3管脚接地，2管脚为数字输入/输出脚需要连接上拉电阻到电源并接至单片机端口。将采集到的温度送到单片机进行处理，最后控制加热的功率。
其中，如图3所示，所述单片机的PWM波发生端包括第一路PWM发生端与第二路PWM发生端，所述第一路PWM发生端与加热控制电路中NMOS1端连接，所述第二路PWM发生端与加热控制电路中NMOS2端连接，由单片机控制加热控制电路的通断；
所述NMOS1端由电阻R6与二极管D4并联后分别与电阻R10一端连接及MOS管Q4的栅极连接，电阻R10另一端与MOS管Q4的源极连接，所述NMOS2端由电阻R7与二极管D5并联后分别与电阻R11一端连接及MOS管Q3的栅极连接，电阻R10另一端与MOS管Q3的源极连接，加热控制电路还包括加热电路，所述加热电路的核心芯片为升压芯片SX1308，所述升压芯片SX1308的输入端连接输入电源且并联电容C7和C8，所述升压芯片SX1308的输出反馈端连接电阻R8和R9，通过电阻R8和R9的比值设置输出电压，输出端连接电热丝P1。
N沟槽MOS管控制加热电路的通断，R6电阻起限流的作用，保护升压芯片SX1308，防止因灌入过大电流，导致芯片发热严重，甚至损坏所述升压芯片，而D4二极管是在脉冲下降沿时起到对栅极放电的作用，使场效应管能快速截止，减少功耗，首先导通MOS管D4，为SX1308升压芯片供电，经过SX1308升压到需要的电压为电热丝供电，输出电压的值可由R8与R9的比值决定，再由单片机输出10KHz的PWM波定频调宽控制MOS管Q3，控制电热丝的发热功率。
OLED显示电路中OLED有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)又称为有机电激光显示、有机发光半导体，所OLED屏幕本身没有背光，需要靠屏幕内的像素点自发光。使得OLED显示屏的功耗要远远小于传统的LCD屏幕。分辨率为128×64能满足大多数的应用场合，并且其工作电压可以从3V-5.5V，可直接与单片机的IO口连接，显示当前加热的温度。
所述系统还包括按键电路，其中按键有二个，分别是加按键和减按键。通过两个按键，可以用来设定目标温度程序，加按键和减按键，用来增加或者减少设定的目标温度。通过程序设计，其精度可达到0.5℃。
本发明还提供一种PWM加热控制方法，所述方法包括以下步骤,如图4所示：
S1、通过温度采集电路采集的温度数据，发送至单片机；
S2、单片机接收温度数据后，通过单片机内部程序PID算法对数据进行处理；
S3、根据处理后的数据，由单片机的PWM波产生端控制加热控制电路中NMOS1端及NMOS2端进行开关，当温度低于设定温度时，单片机控制NMOS1端及NMOS2端开通信号，加热升压电路进行加热，温度高于设定温度时，单片机控制NMOS1端及NMOS2端关闭信号，停止加热。
其中，所述单片机内部程序PID算法处理过程包括以下步骤：
S21、将温度显示初始化，变量初始化及温度传感器进行初始化；
S22、读取当前温度并通过OLED显示电路显示温度，根据温度计算调整PWM占空比；
S23、判断当前温度与目标温度的大小，根据当前温度与目标温度的差值决定加热占空比，并开始按照比例控制加热。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (7)

1.一种PWM加热控制系统，其特征在于，所述系统由PWM产生电路(1)、升压稳压电路(2)、加热控制电路(3)、OLED显示电路(4)和温度采集电路(5)组成；
所述升压稳压电路(2)的电源输出端与PWM产生电路(1)的电源输入端连接，所述PWM产生电路(1)的第一数字输入输出端与所述温度采集电(5)的数字输入输出端连接，所述PWM产生电路(1)的PWM波发生端与加热控制电路(3)的信号接收端连接，所述PWM产生电路(1)的第二数字输入输出端与所述OLED显示电路(4)的输入输出端连接。
2.根据权利要求1所述一种PWM加热控制系统，其特征在于，所述升压稳压电路(2)由升压电路及稳压电路组成；
其中，升压模块由升压芯片CE8301与电容C32、电感L4及二极管D9连接组成升压电路，所述升压电路支持0.9V至5V电压输入，固定5V输出；
稳压电路由低压差线性稳压芯片AMS1117-3.3V与电容C15、电容C16连接组成稳压电路，将升压电路输出的5V电压经稳压电路后输出位3.3V电压为PWM产生电路提供电能。
3.根据权利要求1所述一种PWM加热控制系统，其特征在于，所述PWM产生电路(1)的主控芯片为STC15W4K32S4系列单片机，所述PWM产生电路的PWM波发生端由所述单片机的PWM波发生端产生，所述STC15W4K32S4系列单片机产生6路高精度PWM，且各路PWM相互独立,所述PWM产生电路的第一数字输入输出端为单片机的第一数字输入输出端，所述PWM产生电路的第二数字输入输出端为单片机的第二数字输入输出端。
4.根据权利要求3所述一种PWM加热控制系统，其特征在于，所述温度采集电路(5)由DS18B20单总线数字温度传感器与电阻R13连接组成，所述传感器与单片机通过单总线的连接方式连接，所述传感器DS18B20数字输入输出端连接至单片机第一数字输入输出端。
5.根据权利要求3所述一种PWM加热控制系统，其特征在于，所述单片机的PWM波发生端包括第一路PWM发生端与第二路PWM发生端，所述第一路PWM发生端与加热控制电路中NMOS1端连接，所述第二路PWM发生端与加热控制电路中NMOS2端连接，由单片机控制加热控制电路的通断；
所述NMOS1端由电阻R6与二极管D4并联后分别与电阻R10一端连接及MOS管Q4的栅极连接，电阻R10另一端与MOS管Q4的源极连接，所述NMOS2端由电阻R7与二极管D5并联后分别与电阻R11一端连接及MOS管Q3的栅极连接，电阻R10另一端与MOS管Q3的源极连接，加热控制电路还包括加热电路，所述加热电路的核心芯片为升压芯片SX1308，所述升压芯片SX1308的输入端连接输入电源且并联电容C7和C8，所述升压芯片SX1308的输出反馈端连接电阻R8和R9，通过电阻R8和R9的比值设置输出电压，输出端连接电热丝P1。
6.一种PWM加热控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、通过温度采集电路采集的温度数据，发送至单片机；
S2、单片机接收温度数据后，通过单片机内部程序PID算法对数据进行处理；
S3、根据处理后的数据，由单片机的PWM波产生端控制加热控制电路中NMOS1端及NMOS2端进行开关，当温度低于设定温度时，单片机控制NMOS1端及NMOS2端开通信号，加热升压电路进行加热，温度高于设定温度时，单片机控制NMOS1端及NMOS2端关闭信号，停止加热。
7.根据权利要求6所述一种PWM加热控制方法，其特征在于，所述单片机内部程序PID算法处理过程包括以下步骤：
S21、将温度显示初始化，变量初始化及温度传感器进行初始化；
S22、读取当前温度并通过OLED显示电路显示温度，根据温度计算调整PWM占空比；
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