CN202630236U - 用于室内电热取暖器的恒温控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于室内电热取暖器的恒温控制装置，包括依次相连的测温单元（1）、主控单元（2）、开关模块（3）、发热元件（4），发热元件（4）通过开关模块（3）与电源相连，恒温控制装置还包括人体感应传感器（5），人体感应传感器（5）的输出端与主控单元（2）相连，主控单元（2）根据人体感应传感器（5）输出的人体感应状态信息以及测温单元（1）输出的温度信息通过开关模块（3）控制发热元件（4）的工作状态。本实用新型具有安全可靠性高、使用舒适方便、节能的优点。

Description

用于室内电热取暖器的恒温控制装置

技术领域

本实用新型涉及科研、医院、农业领域的室内电热取暖器，具体涉及一种用于室内电热取暖器的恒温控制装置。

背景技术

现有技术用于室内电热取暖器主要有贵州天柱县的众暖牌电热取暖器、湖南宁乡东申电器公司的电热取暖器和贵州铜仁的舒心牌电热取暖器三种类型。贵州天柱县的众暖牌电热取暖器采用机械控温装置，其内安装有空气感温控制开关，控制精度5℃。湖南宁乡东申电器公司的电热取暖器采用机械控温装置，没有专门的测温装置，通过晶闸管控制电流的大小来达到控温的目的，其控温精度相当粗略，温控只有高、中、低三档。贵州铜仁的舒心牌电热取暖器采用了单片机微电脑控制，但仍采用高通低断的继电器控制方式，其测温电子元件为测温电阻，精度为±1℃。

综上所述，上述三种室内电热取暖器的共同缺陷是：

①、安全性存在缺陷；

②、控温精度不是很高；

③、在舒适方便上存在不足之处。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种安全可靠性高、使用舒适方便、节能的用于室内电热取暖器的恒温控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于室内电热取暖器的恒温控制装置，包括依次相连的测温单元、主控单元、开关模块、发热元件，所述发热元件通过开关模块与电源相连，所述恒温控制装置还包括人体感应传感器，所述人体感应传感器的输出端与主控单元相连，所述主控单元根据人体感应传感器输出的人体感应状态信息以及测温单元输出的温度信息通过开关模块控制发热元件的工作状态。

作为本实用新型上述技术方案的进一步改进：

所述测温单元包括分别与主控单元的输入端相连的环境温度传感器和工作温度传感器，所述主控单元在发热元件处于工作状态时根据环境温度传感器采集的环境温度和工作温度传感器采集的工作温度之间的温差信息控制开关模块的通断频率。

本实用新型还包括用于在温度超过临界值时自动断电的机械温度开关，所述机械温度开关设于所述发热元件所在的加热室内，且所述开关模块通过机械温度开关与电源相连。

所述机械温度开关为双金属片温度控制开关。

本实用新型还包括用于在电路发生短路时自动断电的第一短路保险，所述机械温度开关通过第一短路保险与电源相连。

本实用新型还包括用于为主控单元提供电源的主控电源模块和用于在电路短路时自动断电的第二短路保险，所述主控电源模块与主控单元的电源输入端相连，所述主控电源模块的输入端通过第二短路保险与电源相连。

本实用新型还包括用于输入控制命令的输入单元，所述输入单元包括按键模块和遥控模块，所述按键模块和遥控模块分别与主控单元的输入端相连。

本实用新型还包括用于输出状态信息的输出单元，所述输出单元包括语音模块和显示模块，所述语音模块和显示模块分别与主控单元的输出端相连。

所述发热元件为石英灯丝发热器、或者云母发热器、或者陶瓷发热器。

本实用新型具有下述优点：

1、本实用新型包括人体感应传感器，人体感应传感器的输出端与主控单元相连，主控单元根据人体感应传感器输出的人体感应状态信息通过开关模块控制发热元件的工作状态，人进入人体感应传感器的检测区域后，主控单元收到人体感应传感器的人体感应信号后通过开关模块控制发热单元加热；当人离开人体感应传感器的检测区域后，主控单元延时自动通过开关模块控制发热单元停止发热，从而做到人到电通，人离电断，具有安全可靠性高、使用舒适方便、节能的优点。

2、本实用新型的测温单元进一步包括分别与主控单元的输入端相连的环境温度传感器和工作温度传感器，主控单元在发热元件处于工作状态时根据环境温度传感器采集的环境温度和工作温度传感器采集的工作温度之间的温差信息控制开关模块的通断频率，实现DIP数字调频控温，能达到较好的恒温效果，从而做到发热器长期在比较低的温度下不间断工作，进一步提高本实用新型的安全可靠性，使用更舒适、节能效果更突出。

3、本实用新型的发热单元进一步包括用于在温度超过临界值时自动断电的机械温度开关，机械温度开关在主控单元发生意外失控时仍然能够控制发热元件的自动断电，防止因主控单元意外引发的火灾，能够进一步提高本实用新型的安全可靠性。

4、本实用新型的发热单元进一步包括用于在电路短路时自动断电的第一短路保险，能够防止因两个方面引起短路而酿成火灾的问题：一是电路本身元件或连线引起短路，二是使用时电路上进入水或尿液等导电液体引起短路，安全可靠性更高。

5、本实用新型进一步包括语音模块与遥控模块，能够进一步提高使用本实用新型的舒适方便性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的框架结构示意图。

图2为本实用新型实施例中主控电源模块的电路原理示意图。

图3为本实用新型实施例中测温单元与人体感应单元的电路原理示意图。

图4为本实用新型实施例中主控单元的电路原理示意图。

图5为本实用新型实施例中开关模块的电路原理示意图。

图6为本实用新型实施例中发热元件、机械温度开关、第一短路保险的电路原理示意图。

图7为本实用新型实施例中输入单元的电路原理示意图。

图8为本实用新型实施例中语音模块的电路原理示意图。

图9为本实用新型实施例中显示模块的电路原理示意图。

图例说明：1、测温单元；11、环境温度传感器；12、工作温度传感器；2、主控单元；21、主控电源模块；22、第二短路保险；3、开关模块；4、发热元件；5、人体感应传感器；6、机械温度开关；7、第一短路保险；8、输入单元；81、按键模块；82、遥控模块；9、输出单元；91、语音模块；92、显示模块。 

具体实施方式

如图1所示，本实施例用于室内电热取暖器的恒温控制装置包括依次相连的测温单元1、主控单元2、开关模块3、发热元件4，发热元件4通过开关模块3与电源相连，本实施例还包括人体感应传感器5，人体感应传感器5的输出端与主控单元2相连，主控单元2根据人体感应传感器5输出的人体感应状态信息以及测温单元1输出的温度信息通过开关模块3控制发热元件4的工作状态。本实施例的主控单元2通过人体感应传感器5对人体进行检测，当人进入人体感应传感器5的检测区域后，人体感应传感器5向主控单元2输出人体感应信号，主控单元2收到人体感应信号后控制发热元件4处于工作状态，在工作状态下主控单元2通过开关模块3控制发热元件4进行发热；当人离开人体感应传感器5的检测区域后，主控单元2延时预设延时时间后通过开关模块3自动控制发热元件4处于非工作状态，此时发热元件4始终处于断电不发热状态，从而做到人到电通，人离电断。预设延时时间可根据需要设置，本实施例中预设延时时间为25分钟。

如图1和图2所示，本实施例还包括用于为主控单元2提供电源的主控电源模块21和用于在电路短路时自动断电的第二短路保险22，主控电源模块21与主控单元2的电源输入端相连，主控电源模块21的输入端通过第二短路保险22与电源相连。通过第二短路保险22，能够有效保护主控单元2以及主控单元2所在控制电路板上的各类电气元器件。本实施例中，主控电源模块21采用TNYxxx系列芯片的开关电源方案，具体采用的电源芯片为TNY266芯片(U401)，TNY266芯片能够保证开关电源在AC85～256V之间稳定工作并输出直流稳压5V/500ma，为安装主控单元2以及其他部件所在的主控制板提供电源；第二短路保险22即为图2中的保险丝FUSE1(F401)，其最大工作电流为2A。

如图1和图3所示，测温单元1包括分别与主控单元2的输入端相连的环境温度传感器11和工作温度传感器12，主控单元2在发热元件4处于工作状态时根据环境温度传感器11采集的环境温度和工作温度传感器12采集的工作温度之间的温差信息控制开关模块3的通断频率，主控单元2根据测温单元1输出的温差信息输出用于控制开关模块3的控制信号，通过控制开关模块3的通断频率使发热元件4的发热量达到恒温控制的要求：温差越高，则开关模块3保持连通的时间越长，单位时间产生的平均热量就越大；温差越低，则开关模块3保持连通的时间越短，单位时间产生的平均热量就越少，从而达到恒温控制的要求。本实施例中环境温度传感器11和工作温度传感器12均采用美国达拉斯生产的三极管测温元件DS18B20，三极管测温元件DS18B20测温精确而且灵敏度高，测温分辨率达到0.0625℃。

如图4所示，本实施例的主控单元2基于51系列单片机实现，具体采用的单片机型号为STC89C54RC-40。STC89C54RC-40单片机内部运行控制程序，从各外设获取各种数据或命令、控制整个室内电热取暖器的安全稳定工作，主控单元2的单片机内部集成恒温控制模块，语音合成模块等，输出各种外部设备的驱动控制信号，主控单元2采用模块化设计，方便为今后的客户需求提供更多的外设驱动信号。本实施例中主控单元2的恒温控制模块通过DIP数字调频控温方法进行控温，在发热元件4处于工作状态时恒温控制模块根据环境温度传感器11和工作温度传感器12的温差信息控制输出至开关模块3的输出信号，从而通过开关模块3控制发热元件4的通断频率，结合采用高精度的环境温度传感器11和工作温度传感器12，更好地节能和增加控温精准度以达到恒温要求，能够实现30～65℃宽度的调温范围，控温精度达到0.1℃，能够广泛应用于学校科研、医院、科研部门保温干燥等，亦可用于农业的孵化。本实施例中，STC89C54RC-40单片机的3号引脚与环境温度传感器11的输出引脚Tout1相连，STC89C54RC-40单片机的4号与工作温度传感器12的输出引脚Tout2相连。

如图5和图6所示，开关模块3采用晶闸管实现，具体采用的型号为MOC3063晶闸管，通过晶闸管能够实现无触点控制，能够提高电路的稳定性，克服了现有技术使用继电器在频繁通断时引起的触点氧化现象。STC89C54RC-40单片机的7号引脚（PWM）与开关模块3的晶体管Q420的基极相连，通过晶体管Q420驱动控制MOC3063晶闸管的开关状态，MOC3063晶闸管的输出端LOUT则直接与发热元件4相连。发热元件4可根据需要选用石英灯丝发热器、或者云母发热器、或者陶瓷发热器。本实施例中发热元件4为陶瓷发热器，具体制成陶瓷加热片的形式，适用于做成很薄的恒温电热炕，这种电热炕可用于东北地区，它是夜间用于睡眠的最佳取暖设备，因为它比暖气管和空调等取暖设备耗能更低效果更好。发热元件4的发热功率可根据需要选择不同功率的发热器，本实施例中发热元件4（HEAT）的功率为300W～1500W。

人体感应传感器5采用HC-SR501红外人体传感器，HC-SR501红外人体传感器的输出引脚INFRAB与STC89C54RC-40单片机的11号引脚相连。

如图1和图6所示，本实施例还包括用于在温度超过临界值时自动断电的机械温度开关6，机械温度开关6设于发热元件4所在的加热室内，且开关模块3通过机械温度开关6与电源相连。本实施例中，机械温度开关6为双金属片温度控制开关，其自动断电温度临界值为65摄氏度，机械温度开关6通过Lin端口、第一短路保险7与电源相连，机械温度开关6通过Lout端口与开关模块3相连。机械温度开关6在主控单元2发生意外失控时，仍然能够控制发热元件4的自动断电，以确保万无一失。此外，本实施例还包括用于在电路发生短路时自动断电的第一短路保险7，机械温度开关6通过第一短路保险7与电源相连。本实施例中第一短路保险7为保险丝F501，其熔断电流为20A。电路一般存在因两个方面引起短路而酿成火灾的问题：一是电路本身元件或连线引起短路，二是使用时电路上进入水或尿液等导电液体引起短路，这两类短路能在几秒内迅速造成火灾。本实施例中通过第一短路保险7能够解决上述两个方面引起短路而酿成火灾的问题。

如图1和图7所示，本实施例还包括用于输入控制命令的输入单元8，输入单元8包括按键模块81和遥控模块82，按键模块81和遥控模块82分别与主控单元2的输入端相连。本实施例中，按键模块81由开机键、左右导航键组成；遥控模块82由遥控接收器和八-九键的摇控器组成，遥控接收器采用TL1838芯片实现。按键模块81的输出引脚KEY0～KEY2分别与STC89C54RC-40单片机的15～17号引脚相连；TL1838芯片的输出引脚INFRA与STC89C54RC-40单片机的12号引脚相连。

如图1、图8和图9所示，本实施例还包括用于输出状态信息的输出单元9，输出单元9包括语音模块91和显示模块92，语音模块91和显示模块92分别与主控单元2的输出端相连。本实施例的语音模块91采用发声芯片WTH040实现，发声芯片WTH040接收主控单元2的指令向用户发出各种提示音。发声芯片WTH040的信号输入引脚DI、DO分别与STC89C54RC-40单片机的1号引脚、2号引脚相连，发声芯片WTH040的输出引脚DAC和PWM-则与喇叭J430相连。本实施例的显示模块92通过2个2位的数码管与5个发光二极管实现，通过2个2位的数码管与5个发光二极管为用户提供良好的各种可视界面；此外，显示模块92也可以采用LCD显示屏实现。每一位数码管分别由一个晶体管（Q1～Q4）控制，5个发光二极管由一个晶体管Q5控制，晶体管Q1～Q5的基极分别与STC89C54RC-40单片机的21～15号引脚相连，数码管的控制端口（set00～set07）和发光二极管的控制端口（set00～set04）分别与STC89C54RC-40单片机的32～29号引脚相连。

本实施例的工作步骤如下：

1）主控电源模块21通电，主控单元2上电自检，然后根据按键模块81或者遥控模块82输入的控制命令设置当前的恒温控制温度，然后主控单元2开始通过开关模块3控制发热元件4的工作状态；同时主控单元2分别通过环境温度传感器11和工作温度传感器12采集当前的温度信息，且主控单元2通过显示模块92显示输出当前的工作温度以及加热状态；同时语音模块91也发出语音提示。

2）在发热元件4处于工作状态时，主控单元2根据环境温度传感器11采集的环境温度和工作温度传感器12采集的工作温度之间的温差控制开关模块3的通断频率，主控单元2根据测温单元1输出的温差信息输出用于控制开关模块3的控制信号，通过控制开关模块3的通断频率使发热元件4的发热量达到恒温要求，从而实现对室内电取暖器的恒温控制。同时，主控单元2实时采集人体感应传感器5的人体感应消息，如果人留在人体感应传感器5的检测区域，则主控单元2保持发热元件4处于工作状态；当人离开人体感应传感器5的检测区域后，主控单元2自动控制电源使发热元件4延时预设延时时间（25分钟）后自动控制发热元件4处于非工作状态，从而做到人到电通，人离后延时电断。

3）本实施例通电以后机械温度开关6、第一短路保险7、第二短路保险22即处于工作状态：当机械温度开关6检测到温度超过65℃时，机械温度开关6发生变形自动断路，使得发热元件4的电源被切断；当第一短路保险7检测到电流超过20A时，第一短路保险7自动熔断断电，从而有效保护发热元件4不被烧毁；当第二短路保险22检测到电流超过2A时，第二短路保险22自动熔断断电，从而保护主控单元2以及主控单元2所述控制电路板上的其他电子元器件。

在传统加热控制电路的基础上，本实施例在安全方面的第一个改进是增加人体感应传感器5，第二个改进是增加第一短路保险7以及第二短路保险22，第三个改进是再增加一重机械温度开关6实现温控保险，第四个改进是通过测温单元1、主控单元2以及开关模块3实现恒温控制，第五个改进是增加遥控模块82与语音模块91，大大方便了用户。通过发热元件4、人体感应传感器5、第一短路保险7以及第二短路保险22、机械温度开关6与测温单元1一起构成了本实施例的五重保险机制，以确保万无一失，最大程度上避免火灾的发生，提高室内电热取暖器的安全可靠性，不论电热取暖器严密覆盖与否，都能够确保不会引起火灾。本实施例的控温精准、智能，大大提升了产品安全、精确、节能性能，使其运用范围大大增宽，主要应用的方面有智能电热取暖器、恒温控制箱（用于研究干燥、孵化等）、用于东北地区的电热炕，它比空调和暖气节能，具有安全性高、舒适性好、智能性强、节能性好、环保性优五大优点。通过十多人长达半年之久试用检验，发现本实施例的工作情况完全正常，证实本实施例是非常安全可靠的，无论覆盖与否，都不必担心引起火灾，能够彻底解决现在市场上的电热器低端产品——晶闸管控制电热取暖器容易起火的巨大缺陷；而且本实施例使用非常舒适方便，温控范围±0.5℃，遥控可手控，可广泛应用于取暖、睡觉、烤衣物被子等，而且本实施例使用也非常节能，节能达15%以上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于室内电热取暖器的恒温控制装置，包括依次相连的测温单元（1）、主控单元（2）、开关模块（3）、发热元件（4），所述发热元件（4）通过开关模块（3）与电源相连，其特征在于：还包括人体感应传感器（5），所述人体感应传感器（5）的输出端与主控单元（2）相连，所述主控单元（2）根据人体感应传感器（5）输出的人体感应状态信息以及测温单元（1）输出的温度信息通过开关模块（3）控制发热元件（4）的工作状态。

2.根据权利要求1所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：所述测温单元（1）包括分别与主控单元（2）的输入端相连的环境温度传感器（11）和工作温度传感器（12），所述主控单元（2）在发热元件（4）处于工作状态时根据环境温度传感器（11）采集的环境温度和工作温度传感器（12）采集的工作温度之间的温差信息控制开关模块（3）的通断频率。

3.根据权利要求1或2所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：还包括用于在温度超过临界值时自动断电的机械温度开关（6），所述机械温度开关（6）设于所述发热元件（4）所在的加热室内，且所述开关模块（3）通过机械温度开关（6）与电源相连。

4.根据权利要求3所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：所述机械温度开关（6）为双金属片温度控制开关。

5.根据权利要求4所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：还包括用于在电路发生短路时自动断电的第一短路保险（7），所述机械温度开关（6）通过第一短路保险（7）与电源相连。

6.根据权利要求5所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：还包括用于为主控单元（2）提供电源的主控电源模块（21）和用于在电路短路时自动断电的第二短路保险（22），所述主控电源模块（21）与主控单元（2）的电源输入端相连，所述主控电源模块（21）的输入端通过第二短路保险（22）与电源相连。

7.根据权利要求6所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：还包括用于输入控制命令的输入单元（8），所述输入单元（8）包括按键模块（81）和遥控模块（82），所述按键模块（81）和遥控模块（82）分别与主控单元（2）的输入端相连。

8.根据权利要求7所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：还包括用于输出状态信息的输出单元（9），所述输出单元（9）包括语音模块（91）和显示模块（92），所述语音模块（91）和显示模块（92）分别与主控单元（2）的输出端相连。

9.根据权利要求8所述的用于室内电热取暖器的恒温控制装置，其特征在于：所述发热元件（4）为石英灯丝发热器、或者云母发热器、或者陶瓷发热器。

Images