CN205384533U - 温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种本实用新型提供的温度控制装置包括温度采集模块、温度控制模块以及执行模块；其中，温度采集模块基于双积分电路对采集到的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出；温度控制模块用于获取控制量，包括主PID模块和辅助PID模块；其中，主PID模块以第一采样周期对温度采集模块输出的温度电压信号进行采集，获取第一温度信号；辅助PID模块以第二采样周期对温度采集模块输出的温度电压信号进行采集，获取第二温度信号；辅助PID模块根据第二温度信号，获取第二温度信号与预设温度值之间的偏差量；主PID模块根据第一温度信号、预设温度值和偏差量，获取控制量；执行模块根据控制量进行温度控制。通过本实用新型能够实现低成本且高精度的温度控制。

Description

温度控制装置

技术领域

本实用新型涉及温度控制技术领域，更为具体地，涉及一种温度控制装置。

背景技术

温度控制器是指根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件。通过温度控制器能够使设备运行达到理想的温度及节能效果，因此，其被广泛的应用于家电、电机、制冷或制热等众多产品中。

目前主流的温度控制器大多采用51系列单片机为主控制芯片，并通过外部的AD转换器(AnalogtodigitalConverter，模数转换器，亦称ADC)来检测热电偶回馈的温度信号。目前通常使用12bitAD转换芯片(即模数转换芯片)或者MCU(MicrocontrollerUnit，微控制单元)内部自带的8bit/12bitAD转换芯片作为AD转换器。也就是说，主控制芯片采集到温度信号(此时的信号为模拟量)，然后通过外部的12bitAD转换芯片将模拟量转化为12位的二进制数据量。由于12位的数据量换算成十进制数是4096，也就是模拟量被转化为数据量的范围是0～4095。在AD转换过程中，转化后的数据的位数越高，说明AD转换的精度越高，转换后的数据也就更能接近模拟量的波形。

然而，在目前所使用的AD转换器中，12bitAD转换芯片虽然转换的精度较高，但相应的价格成本也较高，而MCU内部自带的8bit/12bitAD转换芯片虽然价格低，但其转换精度又较差。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种温度控制装置，以解决现有的温度控制装置的AD转换器的转换精度与价格成本之间存在矛盾的问题。

本实用新型提供的温度控制装置包括温度采集模块、与温度采集模块相连的温度控制模块，以及与温度控制模块相连的执行模块；其中，温度采集模块基于双积分电路对采集到的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出；温度控制模块包括主PID模块和辅助PID模块；其中，主PID模块以第一采样周期对温度采集模块输出的温度电压信号进行采集，获取第一温度信号；辅助PID模块以第二采样周期对温度采集模块输出的温度电压信号进行采集，获取第二温度信号；辅助PID模块根据第二温度信号，获取第二温度信号与预设温度值之间的偏差量；主PID模块根据第一温度信号、预设温度值和偏差量，获取控制量；执行模块根据控制量进行温度控制。

其中，温度采集模块进一步包括：电压信号获取单元，用于采用热电偶获取电信号，并采用运算放大器对获取的电信号进行放大，获取电压信号并输入到双积分电路；转换单元，用于采用双积分电路将电压信号获取单元所获取的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出。

其中，热电偶采用J型、K型或者T型热电偶。

其中，采用模拟开关以及双运算放大器作为双积分电路的载体对采集到的电压信号进行ADC转换。

其中，第一采样周期为1～5秒；第二采样周期为0.1秒。

其中，执行模块采用双向可控硅或者继电器进行温度控制。

其中，温度控制模块采用8Bit、16Bit或者32Bit的MCU作为载体，并通过所述主PID和辅助PID获取控制量。

利用上述，根据本实用新型提供的温度控制装置，通过采用双积分电路对采集到的电压信号进行ADC转换，然后通过双路PID(即主PID模块和辅助PID模块)进行温度控制。因此，即使采用分辨率较低的ADC转换芯片也能够实现高精度的AD转换，从而实现高精度的温度控制，进而从根本上解决转换精度与价格成本之间存在的矛盾。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的温度控制装置的逻辑结构框图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

为了说明本实用新型提供的温度控制装置，图1示出了根据本实用新型实施例的温度控制装置的逻辑结构。

如图1所示，本实用新型提供的温度控制装置100包括温度采集模块110、温度控制模块120和执行模块130。其中，温度采集模块110与温度控制模块120相连，用于将采集到的温度电压信号传送给温度控制模块120；执行模块130与温度控制模块120相连，用于根据温度控制模块所获取的偏差量对温度进行控制。

具体地，温度采集模块110基于双积分电路对采集到的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出。其中，温度采集模块110进一步包括：电压信号获取单元和转换单元(图中均未示出)。电压信号获取单元用于采用热电偶获取电信号，并采用运算放大器对获取的电信号进行放大，获取电压信号并输入到双积分电路；转换单元用于采用双积分电路将电压信号获取单元所获取的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出。

也就是说，温度采集模块在基于双积分电路对采集到的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出的过程中，首先采用热电偶获取电信号，并采用运算放大器对获取的电信号进行放大，获取电压信号并输入到双积分电路，然后再采用双积分电路将电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出。

其中，热电偶采用J型、K型或者T型等廉金属热电偶；可以采用TL082、LM358等运算放大器器作为双积分电路的载体，并结合CD4066、CD4052或者CD4053等模拟开关对采集到的电压信号进行ADC转换。

其中，双积分电路主要由积分器、比较器、计数器和基准电压组成，基于双积分电路进行ADC转换的过程具体为：通过模拟开关接通待转换的模拟量Vi，并将该模拟量Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，模拟开关再接通与模拟量极性相反的基准电压，并将基准电压输入到积分器进行反向积分，计数器开始计数，直到输出为0V时停止积分，而比较器输出信号使计数器停止计数。模拟量Vi越大，积分器输出的电压也越大，反向积分的时间也就越长。计数器在反向积分时间内所计的数值就是模拟量Vi所对应的数字量，从而实现一次ADC转换。

温度控制模块120用于获取控制量，包括主PID模块121和辅助PID模块122，主PID模块121以第一采样周期对温度采集模块110输出的温度电压信号进行采集，获取第一温度信号；辅助PID模块122以第二采样周期对温度采集模块110输出的温度电压信号进行采集，获取第二温度信号；辅助PID模块122根据第二温度信号，获取第二温度信号与预设温度值之间的偏差量；主PID模块121根据第一温度信号、预设温度值和偏差量，获取控制量；执行模块130根据控制量进行温度控制。

具体地，由于双积分电路的目的为了实现高精度的ADC转换，双积分电路主要负责采集温度信号，其会把不断变化的电压量转化为16Bit数字信号(即温度电压信号)给温度控制模块。并且由于双积分电路所转化的数字信号达到16Bit，所以其采集到的温度电压信号的分辨率可以达到0.01度以下。其中，在双积分电路中，热电偶微弱的电信号经过运算放大器转换为电压信号，因此双积分电路ADC转换后的输出即可作为温度控制模块120(主PID模块和辅助PID模块的输入量)。温度控制模块120主要是获取温度采集模块110所采集到的当前温度与设定温度值之间的偏差量，然后根据此偏差量进行相应的数字运算，获取控制量，然后将控制量传递给执行模块进行精确的温度控制。由于双向可控硅可以控制导通角，继电器可以改变开和关的时间，因此，执行模块130可以采用双向可控硅或者继电器进行温度控制。

其中，温度控制模块采用8Bit、16Bit或者32Bit的MCU作为载体，并通过主PID和辅助PID来获取控制量，然后传递给执行模块130进行温度控制。具体地，主PID模块121以1～5秒的采样周期对双积分电路ADC转换后的温度电压信号进行采集，辅助PID模块122以0.1秒左右的采用周期对积分电路ADC转换后的温度电压信号进行采集。也就是说，主PID模块121的采样周期大于辅助PID模块122的采样周期。如此，辅助PID模块能够不断的对主PID模块的控制量进行修正。

具体地，由于辅助PID模块122的运算速度远高于主PID模块121，因此，辅助PID模块122会根据其获取到的偏差量、温度的变化率进行加速预估，从而尽快发现温度控制装置的控制偏差，然后以此对主PID模块中的控制量进行修正，从而进一步提高温度控制装置的鲁棒性和适应能力，在极大提高控制的精度的同时，也能够使装置在受到温度影响时及时响应，进一步减小超调量和调节时间。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型的温度控制装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的温度控制装置，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (7)

1.一种温度控制装置，包括温度采集模块、与所述温度采集模块相连的温度控制模块，以及与所述温度控制模块相连的执行模块；其中，

所述温度采集模块基于双积分电路对采集到的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出；

所述温度控制模块用于获取控制量，包括主PID模块和辅助PID模块；其中，

所述主PID模块以第一采样周期对所述温度采集模块输出的温度电压信号进行采集，获取第一温度信号；

所述辅助PID模块以第二采样周期对所述温度采集模块输出的温度电压信号进行采集，获取第二温度信号；

所述辅助PID模块根据所述第二温度信号，获取所述第二温度信号与预设温度值之间的偏差量；

所述主PID模块根据所述第一温度信号、所述预设温度值和偏差量，获取控制量；

所述执行模块根据所述控制量进行温度控制。

2.如权利要求1所述的温度控制装置，其中，所述温度采集模块进一步包括：

电压信号获取单元，用于采用热电偶获取电信号，并采用运算放大器对获取的电信号进行放大，获取电压信号并输入到双积分电路；

转换单元，用于采用所述双积分电路将所述电压信号获取单元所获取的电压信号进行ADC转换，获取温度电压信号并输出。

3.如权利要求2所述的温度控制装置，其中，所述热电偶采用J型、K型或者T型热电偶。

4.如权利要求2所述的温度控制装置，其中，采用模拟开关以及双运算放大器作为所述双积分电路的载体对采集到的电压信号进行ADC转换。

5.如权利要求1所述的温度控制装置，其中，

所述第一采样周期为1～5秒；

所述第二采样周期为0.1秒。

6.如权利要求1所述的温度控制装置，其中，

所述执行模块采用双向可控硅或者继电器进行温度控制。

7.如权利要求1所述的温度控制装置，其中，

所述温度控制模块采用8Bit、16Bit或者32Bit的MCU作为载体，并通过所述主PID和辅助PID获取控制量。