CN206671788U - 嵌入式温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种嵌入式温度控制系统，其特征在于包括主机和从机，所述主机包括处理器、晶振、电源、存储单元、以太网接口芯片、RJ45网口、RS485驱动器和串行接口，所述从机包括单片机、A/D转换芯片、D/A转换芯片、热电偶、冷端补偿信号转换单元、加热电路、加热驱动单元、可控硅调功电路和串行接口，单片机和处理器之间通过串行接口连接。本实用新型具有扩展性强、控温精度高，稳定性好，自适应性强、响应速度快、体积小的优点。

Description

嵌入式温度控制系统

技术领域

本实用新型具体涉及一种应用于电加热炉的嵌入式温度控制系统。

背景技术

温度控制系统在国内各行各业的应用虽然非常广泛，但是总体发展水平仍不高，同日本、美国、德国等先进国家相比仍存在着较大的差距。目前使用的温度控制系统主要采用“点位”控制和常规PID控制器为主，自适应性较差，控制参数的整定主要靠人工经验及现场调试来确定。并且传统的加热炉温度控制系统控制方案都是运用PLC或8位的单片机作为处理器进行控制。PLC主要是针对单项工程或者重复数极少的项目，灵活性相对不足，并且体积大，成本相对较高；而单片机主要用于小型设备的控制，具有成本低、功耗低、效率高的特点，但可移植性较差。并且传统的PLC和单片机都不支持网络技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决解决现有技术温度控制系统存在自适应性差、使用不方便的缺陷，提供一种嵌入式温度控制系统，其利用嵌入式系统和差热分析技术，实现对电热炉的温度控制，其可以实现网络化远程控制与管理，控温精度高，稳定性好，具有较好的自适应性。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：

即一种嵌入式温度控制系统，其特征在于包括主机和从机，所述主机包括AT91RM9200处理器、晶振、电源、存储单元、以太网接口芯片、RJ45网口、RS485驱动器和串行接口，所述晶振、电源、存储单元、以太网接口芯片、RS485驱动器分别与AT91RM9200处理器连接，RJ45网口与以太网接口芯片连接，串行接口与RS485驱动器连接，所述从机包括ATmega128单片机、A/D转换芯片ADS1216、D/A转换芯片TLC5615、热电偶、冷端补偿信号转换单元、加热电路、加热驱动单元、可控硅调功电路和串行接口，热电偶与冷端补偿信号转换单元连接，冷端补偿信号转换单元与A/D转换芯片ADS1216连接，A/D转换芯片ADS1216与ATmega128单片机连接，加热电路与加热驱动单元连接，加热驱动单元与可控硅调功电路连接，可控硅调功电路通过D/A转换芯片TLC5615与ATmega128单片机连接，ATmega128单片机和AT91RM9200处理器之间通过串行接口连接。

嵌入式系统与Internet技术的结合己经成为未来嵌入式系统的发展趋势。嵌入式系统“一般指非PC系统，有计算机功能但又不能就称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心、软硬件可裁减的、适应应用系统对功能、可靠性成本、体积、功耗等综合性指标具有严格要求的专用计算机系统。简单地说嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。

差热分析(DTA)的原理是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。将试样和参比物对称地放置在加热炉轴线的两侧，并使之处于炉子温度的“均温区”。当炉子体系按某一程序改变温度时，参比物的温度T将由测温热电偶测量并输入记录仪；与此同时，试样和参比物之间的温差(ΔT)由差值热电偶测量后输入到DTA单元，经放大后送到记录议绘出DTA曲线。试样在加热过程中若发生脱水、脱氧、相转变、离解等反应，将出现吸热效应，此时试样的温度上升将滞后于参比物并出现了“低谷”，两者每时的温度差就是DTA曲线。若发生洁净、氧化等反应时，则将出现放热效应，此时试样较参比物具有较高的温度并出现“高谷”，两者的温度差将是上述反方向的DTA曲线。

本实用新型的主机负责通过网络与PC机通信，并通过串口与从机通信，实现对从机的网络化远程控制与管理。从机负责温控系统的温度测量和控制功能，温度控制方法采用变速积分PID控制算法，并进行了基于自寻最优的PID参数自整定，控温精度高，稳定性好，具有较好的自适应性。

为了保证整个系统的可靠运行，处理器分别与声光报警电路、时钟模块连接。

用ATmega128的PA6口接发光二极管作为光报警，在PA7输出端加上一个三级管限流，防止烧坏蜂鸣器，以此来指示相应参数是否超限。当发生故障时，蜂鸣器发出声报警，发光二极管闪烁。本系统设置了上限报警阈值。当电加热炉的温度高于报警上限值时，控制器会发出报警信号，提示监控人员进行相应处理。

本实用新型采用DS1302芯片完成日期时间的显示和存储功能。DS1302是由美国DALLAS公司推出的低功耗实时时钟芯片，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。主要特点是采用串行数据传输，采用普通32.768kHz晶振。DS1302工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。具有主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。本控制器的管脚连接方式为MCU的PC0管脚接DS1302的复位端RST，PC1接引数据端I/O，PC2接时钟端SCLK。

时钟模块自身带有电源，它可以在硬件部分掉电的情况下，保证时钟的连续运行。利用以DS1302为核心的时钟模块，控制器可以显示实时时间，记录报警时间，还可以用此模块指导硬件工作，调节温度等参数。

本实用新型的工作原理如下：

系统工作在闭环状态，炉温T经信号转换电路获得模拟电压，经过A/D转换及数字滤波得到与T相应的数字信号，数字信号从单片机的PC口输人ATmega128单片机，再经线性化自校正后得到相应的温度值,温度值与设定温度值比较后，将误差e送PID控制器，经运算后得到调整量N。此调整量经D/A转换，控制调功器输出功率，从而控制加热炉的温度。

本实用新型具有扩展性强、控温精度高，稳定性好，自适应性强、响应速度快、体积小的优点。利用主机和从机两级结构实现分级分散控制结构，主机具有中央控制功能，既可以实现与从机的信息交互，又可以实现与上位机(PC机)的信息交互，具有温度采集、控制功能和通过以太网的远程控制的功能等。温度控制方法采用变速积分PID控制算法，并进行了基于自寻最优的PID参数自整定。能够消除大干扰情况下的积分饱和现象，减小了系统的超调量，容易使系统稳定，且具有较好自适应性。

附图说明

图1为本实用新型主机的结构原理框图；

图2为本实用新型从机的结构原理框图；

图3为本实用新型的温控控制原理框图；

具体实施方式

如图1所示：晶振、电源、存储单元、以太网接口芯片、RS485驱动器分别与AT91RM9200处理器连接，RJ45网口与以太网接口芯片连接，串行接口与RS485驱动器连接。

如图2所示：热电偶与冷端补偿信号转换单元连接，冷端补偿信号转换单元与A/D转换芯片连接，A/D转换芯片与单片机连接，加热电路与加热驱动单元连接，加热驱动单元与可控硅调功电路连接，可控硅调功电路通过D/A转换芯片与单片机连接，单片机和处理器之间通过串行接口连接。

如图3所示：本实用新型使用时，系统工作在闭环状态，炉温T经信号转换电路获得模拟电压，经过A/D转换及数字滤波得到与T相应的数字信号，数字信号从单片机的PC口输人ATmega128单片机，再经线性化自校正后得到相应的温度值,温度值与设定温度值比较后，将误差e送PID控制器，经运算后得到调整量N。此调整量经D/A转换，控制调功器输出功率，从而控制加热炉的温度。

Claims (4)

1.一种嵌入式温度控制系统，其特征在于包括主机和从机，所述主机包括处理器、晶振、电源、存储单元、以太网接口芯片、RJ45网口、RS485驱动器和串行接口，所述晶振、电源、存储单元、以太网接口芯片、RS485驱动器分别与处理器连接，RJ45网口与以太网接口芯片连接，串行接口与RS485驱动器连接，所述从机包括单片机、A/D转换芯片、D/A转换芯片、热电偶、冷端补偿信号转换单元、加热电路、加热驱动单元、可控硅调功电路和串行接口，热电偶与冷端补偿信号转换单元连接，冷端补偿信号转换单元与A/D转换芯片连接，A/D转换芯片与单片机连接，加热电路与加热驱动单元连接，加热驱动单元与可控硅调功电路连接，可控硅调功电路通过D/A转换芯片与单片机连接，单片机和处理器之间通过串行接口连接。

2.根据权利要求1所述的嵌入式温度控制系统，其特征在于主机的处理器型号为AT91RM9200。

3.根据权利要求1所述的嵌入式温度控制系统，其特征在于从机的单片机型号为ATmega128，A/D转换芯片型号为ADS1216，D/A转换芯片的型号为TLC5615。

4.根据权利要求1或2所述的嵌入式温度控制系统，其特征在于处理器分别与声光报警电路、时钟模块连接。