CN205450823U

CN205450823U - 一种基于模糊pid的大功率温控系统

Info

Publication number: CN205450823U
Application number: CN201620240314.3U
Authority: CN
Inventors: 吴光杰; 王海宝; 王承玥; 彭承军
Original assignee: Chongqing Three Gorges University
Current assignee: Chongqing Three Gorges University
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2026-03-28

Abstract

本实用新型公开了一种基于模糊PID的大功率温控系统，温度传感器模块与数据处理模块连接；数据处理模块与显示模块、外部输入指示模块、主控制模块、PC端远程控制模块连接；供电管理模块与主控制模块连接。本实用新型采用主动散热系统抑制场效应管在控制大电流时的发热情况，通过旋转编码器作为控制旋钮进行温度控制，精度高，稳定性好；电源部分单片机与功率控制板采用独立电源隔离供电，避免了高压流入信号处理板和脉冲尖峰对单片机的干扰，增加了系统的稳定性与安全性，与PC通信部分，采用光隔离串口隔离PC端与控制系统，避免了系统故障导致的高压流入PC，增加了系统的稳定性。

Description

一种基于模糊PID的大功率温控系统

技术领域

本实用新型属于温控技术领域，尤其涉及一种基于模糊PID的大功率温控系统。

背景技术

在人们的日常生活、工业制造、医疗等领域，温度重要要素之一，被人们广泛的作为参考因素来使用，从而保证各项工作的正常运行，如火灾报警、温室或粮仓中温度的实时监测、冷库温度的调节等，因此以温度控制为需求而设计的温度控制系统被广泛开发和使用，而使用传统意义上的温控系统对温度进行采集，控制，不但精度低，实时性差，而且操作人员的劳动强度高，不利于广泛的推广，此外由于环境因素导致的无法现场进行温度采集与控制，特别是在工厂，有污染的场所等，工作人员不能长时间停留在现场控制和采集温度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于模糊PID的大功率温控系统，旨在解决传统温控系统精度低，实时性差，操作人员劳动强度高的问题。

本实用新型是这样实现的，一种基于模糊PID的大功率温控系统包括温度传感器模块、数据处理模块、显示模块、外部输入指示模块、主控制模块、供电管理模块、PC端远程控制模块；

所述温度传感器模块与所述数据处理模块连接；

所述数据处理模块与所述显示模块、外部输入指示模块、主控制模块、PC端远程控制模块连接；

所述供电管理模块与所述主控制模块连接。

进一步，所述的外部输入指示模块包括按键触发子模块、编码器精确调节子模块、蜂鸣器报警子模块、LED指示子模块。

进一步，所述主控制模块包括顺次连接的可调占空比PWM子模块、IO光耦隔离子模块、场效应管主控制器件、220V交流加热器件接口，所述可调占空比PWM子模块与所述数据处理模块连接。

进一步，所述的供电管理模块包括220V交流供电模块及与该220V交流供电模块连接的5V开关电源变压单片机系统供电模块、12V变压器变压光耦输出极供电模块，所述220V交流供电模块与所述220V交流加热器件接口连接。

进一步，所述数据处理模块通过RS232串口与PC端远程控制模块的USB接口连接，该USB接口还与摄像头图像采集模块连接。

本实用新型采用主动散热系统抑制场效应管在控制大电流时的发热情况，摄像头采集现场图像，温度，PID参数数据，PC端可对系统进行远程控制，信号处理板中通过旋转编码器作为控制旋钮进行温度控制，具有精度高，稳定性好的特点，功率控制板中，采用整流桥联合效应管的方式直接对交流电进行PWM控制，可保留交流电的基本波形；电源部分单片机与功率控制板采用独立电源隔离供电，避免了高压流入信号处理板和脉冲尖峰对单片机的干扰，增加了系统的稳定性与安全性，与PC通信部分，采用光隔离串口隔离PC端与控制系统，避免了系统故障导致的高压流入PC，进一步增加了系统的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于模糊PID的大功率温控系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的5V供电电路；

图3是本实用新型实施例提供的12V供电电路；

图4是本实用新型实施例提供的单片机运行电路；

图5是本实用新型实施例提供的DS18B20数据读取电路；

图6是本实用新型实施例提供的旋转编码器连接电路；

图7是本实用新型实施例提供的交流PWM调压电路；

图8是本实用新型实施例提供的功率控制板隔离供电电路；

图9是本实用新型实施例提供的光耦隔离信号传递部分；

图10是本实用新型实施例提供的PC端程序结构图；

图11是本实用新型实施例提供的整体控制架构图；

图中：1、温度传感器模块；2、数据处理模块；3、显示模块；4、外部输入指示模块；4-1、按键触发子模块；4-2、编码器精确调节子模块；4-3、蜂鸣器报警子模块；4-4、LED指示子模块；5、主控制模块；5-1、可调占空比PWM子模块；5-2、IO光耦隔离子模块；5-3、场效应管主控制器件；5-4、220V交流加热器件接口；6、供电管理模块；6-1、220V交流供电模块；6-2、5V开关电源变压单片机系统供电模块；6-3、12V变压器变压光耦输出极供电模块；7、PC端远程控制模块；7-1、RS232串口；7-2、USB接口；7-3、摄像头图像采集模块。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

请参阅图1-图11：

一种基于模糊PID的大功率温控系统，包温度传感器模块1、数据处理模块2、显示模块3、外部输入指示模块4、主控制模块5、供电管理模块6、PC端远程控制模块7；

所述温度传感器模块1与所述数据处理模块2连接；

所述数据处理模块2与所述显示模块3、外部输入指示模块4、主控制模块5、PC端远程控制模块7连接；

所述供电管理模块6与所述主控制模块5连接。

进一步，所述的外部输入指示模块4包括按键触发子模块4-1、编码器精确调节子模块4-2、蜂鸣器报警子模块4-3、LED指示子模块4-4。

进一步，所述主控制模块5包括顺次连接的可调占空比PWM子模块5-1、IO光耦隔离子模块5-2、场效应管主控制器件5-3、220V交流加热器件接口5-4，所述可调占空比PWM子模块5-1与所述数据处理模块2连接。

进一步，所述的供电管理模块6包括220V交流供电模块6-1及与该220V交流供电模块连接的5V开关电源变压单片机系统供电模块6-2、12V变压器变压光耦输出极供电模块6-3，所述220V交流供电模块6与所述220V交流加热器件接口5-4连接。

进一步，所述数据处理模2块通过RS232串口7-1与PC端远程控制模块7的USB接口7-2连接，该USB接7-2口还与摄像头图像采集模块7-3连接。

如图2所示，通过整流桥将220v转15V变压器传递来的电压转换为5V直流，添加220uf电容减少交流纹波，添加0.1uf电容滤去电压尖峰；

如图3所示，通过LM7812将220V转15V变压器传递过来的电压转换为12V直流，作为光耦输出级电源；

如图4所示，单片机采用STC12C5A60S2，24MHZ晶振，C1，C2与晶振构成考毕兹振荡电路，为单片机提供时钟源，C3，R2构成一个上电复位电路，与开关S1构成一个手动复位电路，具体工作原理是RST保持两个机器周期以上的高电平时单片机便自动复位。

如图5所示，由于DS18B20是单总线器件，其数据收发都在一个数据线上，所以DS18B20需要稳定的接入电压保持传输稳定性，在DS18B20附近接入一个5V稳压管，使电压稳定在5V附近较小波动

STC12C5A60S2具有优良的电气特性，其io为双向口，即配置P3M1，P3M0,io寄存器后，不需要接外部上拉电阻，即可获得较高的输出电流以稳定io高电平，可在不接外部上拉电阻的情况下直接读写DS18B20温度传感器。

如图6所示，其中编码器电路中，编码器U2对应引脚P0.6P0.7，编码器U2按键对应P0.1，编码器U3对应引脚P0.5P0.4，编码器B对应按键P0.0。

如图7所示，交流调压部分通过IRFP460场效应管联合整流桥进行控制，由于场效应只能控制D至S电压，其内部含一个寄生二极管，导致无法控制S至D电压，所以无法直接用于交流控制中，而如果先将交流电转化为直流电再控制，则失去了交流控制的意义，采用整流桥作为转换需要控制的电流方向，无论电流由那个方向到来，IRFP460都是控制的由D至S极的电压。

如图8和9所示所示，隔离电路分三部分：

一为独立供电系统，加热，IRFP460控制，单片机供电均独立，提高系统的安全性。

二为光耦隔离部分，通过使用PC817光耦隔离电压可达5KV(来源：Sharp，PC817数据手册)有效的隔离高压系统与低压信号系统，即使高压系统出现故障，并不会影响到单片机系统。

三为MA232向PC端数据传输部分采用QH-03光隔离串口，防止因系统损坏，调入异物，导致的短路，故障而使高压由串口流向电脑主板，大大提高了设备的稳定性，与实用性。

如图10所示，程序主要由队列分配函数，分配单片机资源用于读取旋转编码器数据，DS18B20温度传感器数值，由模糊PID规则选择函数选择直接加热，基本PID模式，或控制表模式，向功率控制板发送占空比可变的PWM信号，控制加热芯。

本实用新型的功率控制部分采用PC817接收单片机PWM信号并通过220V转12V直流向光耦输出极供电将单片机信号隔离转换为独立的12V控制信号用以控制IRF460P大功率N沟道场效应管作为主控制器件，并采用主动散热系统抑制场效应管在控制大电流时的发热情况。

PC端程序通过VisualStudio编译平台进行编写，摄像头采集现场图像，温度，PID参数数据，并可对系统进行远程控制。

信号处理板中通过旋转编码器作为控制旋钮进行温度控制，具有精度高，稳定性好的特点，功率控制板中，采用整流桥联合效应管的方式直接对交流电进行PWM控制，可保留交流电的基本波形；电源部分单片机与功率控制板采用独立电源隔离供电，避免了高压流入信号处理板和脉冲尖峰对单片机的干扰，增加了系统的稳定性与安全性，与PC通信部分，采用光隔离串口隔离PC端与控制系统，避免了系统故障导致的高压流入PC，进一步增加了系统的稳定性。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种基于模糊PID的大功率温控系统，其特征在于，所述的基于模糊PID的大功率温控系统包括温度传感器模块、数据处理模块、显示模块、外部输入指示模块、主控制模块、供电管理模块、PC端远程控制模块；

所述温度传感器模块与所述数据处理模块连接；

所述供电管理模块与所述主控制模块连接。

2.如权利要求1所述的基于模糊PID的大功率温控系统，其特征在于，所述的外部输入指示模块包括按键触发子模块、编码器精确调节子模块、蜂鸣器报警子模块、LED指示子模块。

3.如权利要求1所述的基于模糊PID的大功率温控系统，其特征在于，所述主控制模块包括顺次连接的可调占空比PWM子模块、IO光耦隔离子模块、场效应管主控制器件、220V交流加热器件接口，所述可调占空比PWM子模块与所述数据处理模块连接。

4.如权利要求1所述的基于模糊PID的大功率温控系统，其特征在于，所述的供电管理模块包括220V交流供电模块及与该220V交流供电模块连接的5V开关电源变压单片机系统供电模块、12V变压器变压光耦输出极供电模块，所述220V交流供电模块与所述220V交流加热器件接口连接。

5.如权利要求1所述的基于模糊PID的大功率温控系统，其特征在于，所述数据处理模块通过RS232串口与PC端远程控制模块的USB接口连接，该USB接口还与摄像头图像采集模块连接。