CN202975868U - 一种温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种温度控制系统，尤其涉及一种高精度小体积低成本温度控制系统。该系统由交流电源、12伏稳压电源模块、脉宽调制模块、双向可控硅输出模块、温度信号采集模块、温度控制器模块组成；其中，所述交流电源分别与12伏稳压电源模块、双向可控硅输出模块相连；所述12伏稳压电源模块分别与脉宽调制模块及温度信号采集模块相连；所述脉宽调制模块分别与温度控制器模块、温度信号采集模块、双向可控硅输出模块相连。本实用新型使用的元件数量少，体积很小，价格便宜，成本低，功耗低，符合节能减排的要求，闭环控制系统采用脉宽调制方法进行的温度自动控制，达到了控温精度高、控制器体积小的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种温度控制系统，尤其涉及一种高精度低成本小体积温度控制系统。
背景技术
目前使用的温控器大致有以下几类：
第一类电接点温度计控温，其原理是，当温度低于给定值时，将加热器接通，高于给定值时，断开加热器。
第二类用比较集成电路（比如LM339等）的电子控温器。其原理是，用温度传感器把温度变成电信号，同给定值比较，大于给定值时断开加热器，小于给定值时接上加热器。为了断开或接上加热器，有用继电器的，也有用双向可控硅的。
以上两种方法通称‘继电器控制’或‘乒乓控制’。比如非变频式冰箱，非变频式空调机等，都是此类控制。特点是要么加上全部功率，要么一点不加。这样的控制会导致被控温度在很大范围内波动，尤其是被控对象热惯性大时，温度波动更大，不能稳定在给定的温度。
第三类是目前大量使用的单片机设计控温系统。根据所用软件，可设计成上述的‘乒乓控制’，有点浪费资源，更多的是设计成所谓的‘线性控制’，过渡过程结束后，被控温度稳定在给定值不变，在有差控制系统，被控量同给定值之间会有一定微小的静差，但是仍稳定在一定值不变。所用的算法大致有：PID控制，模糊控制，神经网络控制等。这类控制的缺点是：大多数系统复杂，设计难度大，成本高，体积大，不宜在小产品上使用。
第四类是采用脉宽调制芯片TL494作温度控制，见于2009年<自动化技术与应用>杂志。这是目前能搜索到的这种方法唯一的资料。但是该资料采用PWM脉冲的频率为60赫兹（周期16.7毫秒），显然无法用脉宽调制（PWM）方法控制50赫兹（周期20毫秒）交流电的功率，也就不能有效地控制温度了。而且元件数量较多、体积较大、成本较高。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对目前已有的各种温度控制器存在的精度不高、结构复杂、成本高、体积大及设计难度大的不足，提供一种温度控制系统。
本实用新型是一种温度控制系统，该系统由交流电源、12伏稳压电源模块、脉宽调制模块、双向可控硅输出模块、温度信号采集模块、温度控制器模块组成；其中，所述交流电源分别与12伏稳压电源模块、双向可控硅输出模块相连；
所述12伏稳压电源模块分别与脉宽调制模块及温度信号采集模块相连；
所述脉宽调制模块分别与温度控制器模块、温度信号采集模块、双向可控硅输出模块相连。
所述双向可控硅输出模块由双向可控硅与加热器串联组成。
所述脉宽调制模块采用芯片的型号为MB3759。
所述温度信号采集模块为采用电流输出型温度传感器AD590。
所述加热器上采用氖灯作为指示灯。
所述12伏稳压电源模块采用电容器限流、稳压两极管稳压。
所述温度控制器模块采用多圈电位器调节。
所述双向可控硅输出模块的控制信号由脉宽调制模块提供。
所述脉宽调制模块的脉冲频率为0.5赫兹、周期为2秒。
本发明的有益效果：本实用新型使用的元件数量少，只用了21个元件，大部分都是小电阻、小电容，体积很小，价格便宜，成本低，功耗低，只有0.26瓦，符合节能减排的要求，闭环控制系统采用脉宽调制方法进行的温度自动控制，达到了控温精度高、控制器体积小的目的。
附图说明
图1为该系统的温控系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例对本发明做进一步说明，附图1中用点线框出了系统的六个部分，并且用箭头标示出了各部分之间信息传递方向。
交流电源分别与12伏稳压电源模块、双向可控硅输出模块相连、并为它们提供220伏的电压。12伏稳压电源模块分别与脉宽调制模块及温度信号采集模块相连，并为它们提供12伏的稳定电压，使它们能够正常地工作。MB3759集成块提供的5伏输出电压与温度控制器模块相连，并给它提供5伏稳定的工作电压。脉宽调制模块分别与温度控制器模块、温度信号采集模块、双向可控硅输出模块相连。温度信号采集模块采用电流输出型温度传感器AD590，把AD590放在被控对象的温度环境里，因为是电流输出型传感器，所以引线的长短既不会造成信号误差也不容易引入干扰，而且采集到的温度精度高。
温度控制器模块：从+5伏电压用电阻R5、R8、RK2分压取出一定值的电压，用于温度给定值信号。
温度信号采集模块：温度传感器AD590的两端加上+12伏电压，可以输出一个同温度成正比的电流；此电流只同AD590所在的环境温度有关，同它两端所加电压无关。同AD590串联的电阻器R7两端可产生同温度成正比的电压信号，此电压信号就是温度信号。
12伏稳压电源模块：采用0.3微法/400伏的无极性电容器C5限流，经半波倍压整流后，用稳压管DW稳压在12伏，可提供20毫安直流电流；系统所需电流只有十几毫安，所以足够用了。只用了5个小元件。这样避免了通常的变压器供电或开关电源供电体积大、成本高的缺点。采用此电源供电的控制器具有体积小，成本低，耗电少，耗电只有0.26瓦的优点。
双向可控硅输出模块：将双向可控硅97A6同加热器串连起来接入220伏交流电源，在可控硅控制极上经限流电阻R13加正的直流电压时，它就导通，使加热器通上220伏交流电；当它的控制极不加电压时，在220伏交流电过零时，它就截止，使加热器断电。将氖管NEON串联一个限流电阻R15，跨接在加热器两端；当加热器通电时氖管就亮，断电时就灭，用来做通电、断电指示。
脉宽调制模块：脉宽调制集成块MB3759的误差放大器正输入端1脚的电压信号减负输入端2脚的电压信号之差称误差信号，此误差信号被放大20倍后控制（经第9、10脚输出的）PWM脉冲的占空比：误差越大，PWM的占空比越小。由电阻R11和电容C3产生的PWM脉冲周期为2秒（2000毫秒）。
双向可控硅输出模块：由脉宽调制模块直接提供可控硅触发脉冲PWM。把氖管NEON同电阻R15串联后并联在加热器上，显示加热器的通电、断电状态。系统刚接上220伏电源时，由于被控对象的温度和给定值相差很大，PWM脉冲的占空比大，氖管在2秒周期内亮的时间多、灭的时间少。随着温度逼近给定值，占空比逐渐减少，亮的时间逐渐减少，灭的时间逐渐增多。最后达到平衡，亮和灭的时间之比不变，温度也就不变了。这就是闭环自动控制系统用PWM方法控制温度的过程。非常直观地显示出来；以此可以直观地观察系统工作是否正常。
当用户想让被控温度稳定在一个定值时，用户可以通过温度控制器模块来设定一个给定值，当用户设定好这个给定值时，该给定值信号会经R6送到脉宽调制模块的误差放大器负输入端2脚；同时由温度信号采集模块产生的被控对象的温度信号经R3送到脉宽调制模块的误差放大器正输入端1脚；在脉宽调制模块内，这两个信号之差（被称为“误差”）被放大20倍后，用来控制（脉宽调制模块产生的）PWM脉冲（周期为2000毫秒）的占空比；脉宽调制模块从第9、10脚把PWM脉冲经电阻R13送到双向可控硅输出模块，以控制可控硅97A6在2000毫秒周期内导通的时间长短。在2000毫秒内，在PWM脉冲的高电平时可控硅导通，220伏电压加到加热器上；低电平时可控硅截止，加热器断电，停止加热。开始时，温度信号采集模块检测到的被控对象的实际温度低于给定值时，PWM脉冲的占空比为1，所以可控硅一直导通，加热器上的功率为全功率，加热器开始加热，使被控温度升高。随着被控温度的上升，当温度信号采集模块检测到的实际温度高于给定值时，PWM脉冲的占空比会小于1，温度高的越多，PWM脉冲的占空比就越小，从而减少了加热器上的功率，使温度降低。温度高的越少，PWM脉冲的占空比就越大，从而提高了加热器上的功率，使被控温度上升。这一调节的过渡过程结束后，被控温度就会稳定在一个固定值。这里采用的是有差控制系统，但静差（所谓“静差”是调整过程结束后的误差）很小。由于采用2000毫秒的PWM周期，可控制200个50赫兹的半波，如果加热器的功率为40瓦，本控制器的功率控制分辨率为40/200 = 0.2瓦，所以控制的稳定精度可以达到0.5度以上。
Claims (9)
1.一种温度控制系统，其特征在于，该系统由交流电源、12伏稳压电源模块、脉宽调制模块、双向可控硅输出模块、温度信号采集模块、温度控制器模块组成；其中，所述交流电源分别与12伏稳压电源模块、双向可控硅输出模块相连；
所述12伏稳压电源模块分别与脉宽调制模块及温度信号采集模块相连；
所述脉宽调制模块分别与温度控制器模块、温度信号采集模块、双向可控硅输出模块相连。
2.根据权利要求1所述一种温度控制系统，其特征在于，所述双向可控硅输出模块由双向可控硅与加热器串联组成。
3.根据权利要求1所述一种温度控制系统，其特征在于，所述脉宽调制模块采用芯片的型号为MB3759。
4.根据权利要求1所述一种温度控制系统，其特征在于，所述温度信号采集模块为采用电流输出型温度传感器AD590。
5.根据权利要求2所述一种温度控制系统，其特征在于，所述加热器上采用氖灯作为指示灯。
6.根据权利要求1所述一种温度控制系统，其特征在于，所述12伏稳压电源模块采用电容器限流、稳压两极管稳压。
7.根据权利要求1所述一种温度控制系统，其特征在于，所述温度控制器模块采用多圈电位器调节。
8.根据权利要求1所述一种温度控制系统，其特征在于，所述双向可控硅输出模块的控制信号由脉宽调制模块提供。
9.根据权利要求1所述一种温度控制系统，其特征在于，所述脉宽调制模 块的PWM脉冲频率为0.5赫兹、周期为2秒。
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|---|---|---|---|---|
| CN110658787A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-07 | 天津大学 | 基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法 |
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| CN110658787A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-07 | 天津大学 | 基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法 |
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