CN203705992U - 温度控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高精度实时控制的温度控制装置，它包括与市电连接作用于被加热体的加热电路、控制加热电路的控制单元，其特征是所述的控制单元包括单片机、与单片机连接的键盘控制电路、液晶显示电路，市电经辅助电源连接于单片机；用于获取被加热体实时温度的温度采集电路经A/D转换电路与单片机连接；单片机内置的PWM定时器模块经可控硅控制电路连接于加热电路，本实用新型结构、操作简单，显示直观，具有恒温时间设置、控制温度调节和温度报警等功能，可广泛应用于工业控制、工程制药、农业生产和家庭生活等诸多领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加热设备的控制装置，具体地说是一种温度控制装置。
背景技术
温度控制在现代工业生产、工程制药、工程建设以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。目前，电子式的温控器一般通过热电偶、铂电阻等温度传感装置，把温度信号变换成电信号，通过单片机或PLC等电路控制继电器使得加热（或制冷）设备工作（或停止），其控制精度不高、价格昂贵、操控复杂。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高精度实时控制的温度控制装置。
本实用新型是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种温度控制装置，它包括与市电连接作用于被加热体的加热电路、控制加热电路的控制单元，其特征是所述控制单元包括单片机、与单片机连接的键盘控制电路、液晶显示电路，市电经辅助电源连接于单片机（给单片机提供工作电源，由键盘控制电路输入设定温度值给单片机）；用于获取被加热体实时温度的温度采集电路经A/D转换电路与单片机连接（温度采集电路将采集到的被加热体的实时温度信号转化为电信号放大后经A/D转换电路转换为数字信号送入单片机；单片机对数字信号进行滤波、二分法插值计算处理得到PT100所对应的温度值，由液晶显示电路进行显示）；单片机内置的PWM定时器模块经可控硅控制电路连接于加热电路（由单片机内置的PWM定时器模块输出PWM波通过控制可控硅控制电路的通断改变加热电路的功率大小，从而时间温度的精确控制）。
本实用新型采用AVR 系列ATmega16的单片机，可以产生PWM波、进行二分查表法插值计算和PID计算、恒温倒计时、以及控制和调度其他温控部分的工作。通过二分查表法插值计算完成对温度信号精确采样，对设定温度与采样温度的偏值进行PID计算从而改变输出PWM的占空比。该芯片有如下特点：16K字节的系统内可编程Flash，可在外部掉电时，及时将数据存入EEPROM ，工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS， 两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器，四通道PWM，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器。
本实用新型为实现对温度信号较高精度的采集，所述的温度采集电路包括含PT100的惠斯通电桥、差分放大电路、运算放大电路，惠斯通电桥的桥臂电阻PT100的正极经差分放大电路与运算放大电路连接，惠斯通电桥桥臂电阻PT100的正极及桥臂电阻R2的正极分别连接差分放大电路的输入端，差分放大电路的输出端与运算放大电路的输入端连接；PT100先对温度信号进行采集，采集信号先后通过一级差分放大和一级运算放大，放大到合适的倍数后，输送给A/D转换电路。
惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器，属于直流电桥，主要用于测量中等数值的电阻（101Ω～106Ω）。电阻叫做电桥的臂，使用检流计作为指零仪表，检流计用以检查它所在的支路有无电流。当检流计无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。
pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。
本实用新型为了正常工作、实现系统保护功能，所述单片机还连接有过压保护电路、报警电路；当采样电压超过ADS1115芯片的的输入电压时，过压保护电路将断开A/D采样信号的输入，同时，单片机输出占空比为0的PWM波；当离恒温时间结束或过压时，温度报警电路将发出报警声提醒用户。
本实用新型为了保证传输数值的高精度和稳定性，所述的A/D转换电路采用ADS1115芯片；A/D转换电路把放大的信号进行数值转换后，输送给单片机。
ADS1115为16位ADC，芯片数据速率在SSPS一860SPS之间，工作的温度为-40°C至+140°C。采用TL431,给芯片提供5V的精准的参考电压。
由于采用上述技术方案，本实用新型较好的实现了发明目的，其结构、操作简单，显示直观，具有恒温时间设置、控制温度调节和温度报警等功能，可广泛应用于工业控制、工程制药、农业生产和家庭生活等诸多领域。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理示意框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
由图1可知，一种温度控制装置，它包括与市电连接作用于被加热体的加热电路、控制加热电路的控制单元，其特征是所述控制单元包括单片机、与单片机连接的键盘控制电路、液晶显示电路，市电经辅助电源连接于单片机（给单片机提供工作电源，由键盘控制电路输入设定温度值给单片机）；用于获取被加热体实时温度的温度采集电路经A/D转换电路与单片机连接（温度采集电路将采集到的被加热体的实时温度信号转化为电信号放大后经A/D转换电路转换为数字信号送入单片机；单片机对数字信号进行滤波、二分法插值计算处理得到PT100所对应的温度值，由液晶显示电路进行显示）；单片机内置的PWM定时器模块经可控硅控制电路连接于加热电路（由单片机内置的PWM定时器模块输出PWM波通过控制可控硅控制电路的通断改变加热电路的功率大小，从而时间温度的精确控制）。
本实用新型采用AVR 系列ATmega16的单片机，可以产生PWM波、进行二分查表法插值计算和PID计算、恒温倒计时、以及控制和调度其他温控部分的工作。通过二分查表法插值计算完成对温度信号精确采样，对设定温度与采样温度的偏值进行PID计算从而改变输出PWM的占空比。该芯片有如下特点：16K字节的系统内可编程Flash，可在外部掉电时，及时将数据存入EEPROM ，工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS， 两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器，四通道PWM，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器。
本实用新型为实现对温度信号较高精度的采集，所述的温度采集电路包括含PT100的惠斯通电桥、差分放大电路、运算放大电路，惠斯通电桥的桥臂电阻PT100的正极经差分放大电路与运算放大电路连接，惠斯通电桥桥臂电阻PT100的正极及桥臂电阻R2的正极分别连接差分放大电路的输入端，差分放大电路的输出端与运算放大电路的输入端连接；PT100先对温度信号进行采集，采集信号先后通过一级差分放大和一级运算放大，放大到合适的倍数后，输送给A/D转换电路。
惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器，属于直流电桥，主要用于测量中等数值的电阻（101Ω～106Ω）。电阻叫做电桥的臂，使用检流计作为指零仪表，检流计用以检查它所在的支路有无电流。当检流计无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。
pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。
本实用新型为了正常工作、实现系统保护功能，所述单片机还连接有过压保护电路、报警电路；当采样电压超过ADS1115芯片的的输入电压时，过压保护电路将断开A/D采样信号的输入，同时，单片机输出占空比为0的PWM波；当离恒温时间结束或过压时，温度报警电路将发出报警声提醒用户。
本实用新型为了保证传输数值的高精度和稳定性，所述的A/D转换电路采用ADS1115芯片；A/D转换电路把放大的信号进行数值转换后，输送给单片机。
ADS1115为16位ADC，芯片数据速率在SSPS一860SPS之间，工作的温度为-40°C至+140°C。采用TL431,给芯片提供5V的精准的参考电压。
本实用新型的可控硅控制电路也可选用继电器代替，单片机通过输出PWM波来控制光耦的通断，并利用同步延时控制可控硅的导通角，从而控制加热板的功率来实现温度的控制。
本实用新型加热控制电路优选可控硅电路通过单片机输出的PWM波来控制光耦的通断，并利用同步延时控制可控硅的导通角，从而控制加热板的功率来实现温度的控制。采用可控硅控制加热电路，较之于继电器有四个明显的优点：一是灵敏度更高，保证系统的高精度；二是寿命更长，保证系统的稳定性和可靠性；三是体积小，时系统得到一定程度的减小，更便捷；四是无噪音。
为了进一步完善，本实用新型还设有键盘控制电路、液晶显示电路，键盘控制电路设置恒定温度和恒温时间；液晶显示电路显示当前测试温度、恒定温度、恒定时间等信息。
Claims (5)
1.一种温度控制装置，它包括与市电连接作用于被加热体的加热电路、控制加热电路的控制单元，其特征是所述的控制单元包括单片机、与单片机连接的键盘控制电路、液晶显示电路，市电经辅助电源连接于单片机；用于获取被加热体实时温度的温度采集电路经A/D转换电路与单片机连接；单片机内置的PWM定时器模块经可控硅控制电路连接于加热电路。
2.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征是所述的温度采集电路包括含PT100的惠斯通电桥、差分放大电路、运算放大电路，惠斯通电桥的桥臂电阻PT100的正极经差分放大电路与运算放大电路连接。
3.根据权利要求1或2所述的温度控制装置，其特征是所述的单片机还连接有过压保护电路、报警电路。
4.根据权利要求1或2所述的温度控制装置，其特征是所述的A/D转换电路采用ADS1115芯片。
5.根据权利要求3所述的温度控制装置，其特征是所述的A/D转换电路采用ADS1115芯片。
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| CN106325321A (zh) * | 2016-08-23 | 2017-01-11 | 苏州佳世达电通有限公司 | 电子设备及其控制方法 |
| CN107173996A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-19 | 潘昭恺 | 一种家用餐桌用智能加热系统 |
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| CN109688635A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-04-26 | 文华学院 | 一种pwm加热控制系统及方法 |
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| CN109688635B (zh) * | 2018-10-31 | 2022-01-14 | 文华学院 | 一种pwm加热控制系统及方法 |
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