CN2553413Y - 家用柔性电加热器用数字程序控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为家用柔性电加热器用数字程序控制器，包括电源，与控制电路(3)连接的传感器电路和执行电路(7)，执行电路(7)与加热器(2)的电热线层(8)连接，传感电路包括恒定电流源(13)，加热器(2)的感温线层(9)的感温线(Rf)与恒定电流源(13)的正、负输出端连接，恒定电流源(13)的正负输出端与控制电路(3)的单片机(IC1)的脚(3、5)连接，单片机(IC1)与温度设定输入电路(12)，时间设定输入电路(11)连接。可精确测量和控制柔性电加热器整个面的温度，操作方便，成本低廉。
Description
技术领域：
本实用新型与采用双层(或三层)螺旋发热线和感温线的家用柔性电加热器的数字程序控制装置有关。
技术背景：
已有的柔性电加热器的模拟控温开关(ZL98229600.2)，适用于采用双层螺旋发热线的家用柔性电加热器具，模拟控温开关采用了闭环控制方式，它主要是用模拟电压比较器方式实现温度设定和控制，可以旋转开关上温度设定旋扭将温度控制在一个设定的点上。但是，它与采用单片机进行数字精确控制不同，它的旋扭也只能表达温度设定值高或低的趋向，而不能准确地表达温度的数值，也不能设置工作定时。它不具备对工作温度和工作时间作数字化和程序化控制的功能。采用双层螺旋线发热的家用柔性电加热器具是将双层螺旋线中的一根螺旋线用作电加热器，另一根与其平行绕线且与其绝缘的螺旋线用作温度传感器，它的温阻特性能准确全面地反映家用柔性电加热器具的整个面的温升。因生产工艺成熟，可靠性高，而广泛应用于闭环控温的家用柔性电加热器具。只是现有的双层螺旋发热线控温技术如前所述，采用的是模拟控温技术，精度低，舒适性和安全性都较差，且功能单一。另外，在现有技术中，还有一种针对采用单根发热线或单层螺旋发热线的电热毯进行控温的单片机控制器(ZL96216654.5多功能电热毯模糊控制器)。这种控制器检测的温度只是电热毯的某些点的温度，不能准确全面地测量和控制电热毯的整个面的温升。因而，当电热毯出现非正常工作状态局部温升过高的危险时，这种控制器技术方案上的缺陷而难以执行安全保护。而且，它同样不具备工作温度和工作时间的数字设定、数字显示和数字控制的功能。
实用新型的内容：
本实用新型的目的是提供一种使用简单，方便，可精确设定、测量和控制电热毯的整个面的温升，可定时的家用加热器用数字程序控制器。
本实用新型的另一个目的是使控制器能自动存储用户的写入的时间、温度等参数，便于回收核查。
本实用新型的又一个目的是提供一种便于用户进行温度、时间的数字设定，具有数字显示功能的控制器。
本实用新型是这样实现的：
本实用新型家用柔性电加热器用数字程序控制器包括工作电源，与控制电路(3)连接的传感电路和执行电路(7)，执行电路(7)与加热器(2)的电热线层(8)连接，其特征在于传感电路包括恒定电流源(13)，加热器(2)的感温线层(9)的感温线(Rf)连接在恒定电流源(13)的正、负输出端上，恒定电流源(13)的正负输出端与控制电路(3)的单片机(IC1)的脚(3、5)连接，单片机(IC1)与温度设定输入电路(12)，时间设定输入电路(11)、直流电压源(14)和电源控制电路(15)连接。
电源控制电路(15)有熔断器(Fu)与双极电源开关(SA)的1个极、电阻(R1)串联后与电阻(R2)和电容(C1)的并联电路串接，再与直流电压源(14)的整流桥(VD1-4)的一输入端连接，双极电源开关的另一极与整流桥(VD1-4)的另一输入端连接，直流电压源(14)有三端稳压器(IC4)与整流桥(VD1-4)的正负输出端连接，电容(C4)接于(IC4)的2脚和3脚之间，电容(C4)的两端分别与单片机(IC1)的脚(16，5)连接。
恒定电流源(13)有稳压管(VW2)，二极管(VD8)和电阻(R3)串联连接于直流电压源(14)的正、负端，二极管(VD8)和电阻(R3)连接点接NPN三极管(VT1)的基极，三极管(VT1)的集电极串联电阻(R4)接直流电压源(14)正端，感温线(Rf)通过接线柱(G1、G2)连接在(VT1)的发射极和直流电压源(14)的负端之间，并联的电容(C5，C6)与感温线并联并且接单片机(IC1)的脚(3、5)，并联的电容(C7、C8)的一端接直流电压源(14)的负端，其另一端分别接单片机(IC1)的脚(17，18)，陶瓷谐振器(H)也连接在(IC1)的脚(17，18)之间。
执行电路(7)与单片机(IC1)之间有光耦隔离器(6)，光耦隔离器为集成电路(IC3)，集成电路(IC3)的输入口1脚与单片机(IC1)的13脚连接，集成电路(IC3)的输出口4脚串联电阻(R7)接可控硅(SCR)阳极和二极管(VD5)，其6脚正向串联二极管(VD6)接可控硅(SCR)控制极构成了执行电路(7)，加热器(2)的电热线层(8)的加热线通过接线柱(H2，H1)与二极管(VD5)并联，电阻(R9)与电容(C9)串接后与可控硅(SCR)并联，加热线与电源控制电路(15)连接。
单片机(IC1)与集成电路(IC2)连接，集成电路(IC2)的脚(1，2，3，4，7)全部接直流电压源(14)的负端和集成电路(IC3)的2脚，脚(8)接直流电压源(14)的正端，脚(5，6)分别连接单片机(IC1)的脚(1，2)，电阻(R10、R11)的一端接直流电压源(14)的正端，另一端分别接单片机(IC1)的脚(2，1)构成单片机(IC1)的扩展存储器(5)。
单片机(IC1)脚(15、14、20、19)与数字显示器(4)连接。
有参数写入电路(10)与单片机(IC1)连接，电阻(R12，R16，R13，R17，R14，R18，R15、R19)分别与开关(SB1，SB2，SB3，SB4)串接于直流电压源(14)的正负端之间，两个电阻的连接点分别与单片机(IC1)的脚(8，9，10，11)连接构成时间设定输入电路(11)，温度设定输入电路(12)和参数写入电路(10)。
单片机(IC1)为EM78P458，集成电路(IC2)为24CO2。
本实用新型有如下优点：
(1)工作温度的数字显示、程序控制；工作定时的数字显示、数字控制；自动记忆操作者选择的温度和定时；音响提示操作；快速升温、准确恒温、使用安全。
(2)由于本方案中采用了恒流源技术，由于制造的原因带来的不可避免的感温螺旋线的温阻离散误差可以被单片机准确测量，实现测温程序补偿修正处理。从而简化了生产中的调试过程。降低生产成本。
(3)由于连续稳定的恒流源加在与螺旋发热线并行绕制的感温螺旋线上，使细微温度阻变化都以Δmv量被单片机采集写入，进行数字化处理，准确全面地检测家用柔性电加热器具的整个面的温度变化而实现精确测量和控制。
附图说明：
图1为本实用新型的框图。
图2为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式：
本实用新型的数字程序控制电路由包括单片机电路、扩展存储器电路；LED显示器电路、光耦合隔离电路、温度设定输入电路、工作定时输入电路、参数写入电路、功率驱动执行电路、电源降压控制电路、直流电压源电路和恒流源电路共11个单元电路组成。电流熔断器FU、双极电源开关SA的1个极、电阻R1串联后再与R2和电容C1的并联电路串接，电源电压通过这个串联电路和SA的另一极接在整流桥VD1-4两输入端上，构成电源降压控制回路。稳压管VW1、电容C2和C3并联于整流桥VD1-4的输出端，整流桥VD1-4的正输出端接5V三端稳压器IC4的1脚，整流桥VD1-4的负输出端联接三端稳压器IC4的3脚，电容C4接在三端稳压器IC4的2脚3脚之间构成了DC5V直流电压源电路。IC4的2脚是DC5V的正端连接单片机IC1的16脚，IC4的3脚是DC5V的负端连接单片机IC1的5脚，构成单片机IC1的供电回路。稳压管VW2、二极管VD8和R3串联连接DC5V直流电压源电路正负端，VD8和R3连接点接PNP三极管VT1的基极，VT1的集电极串联R4，接DV5V，感温线Rf通过接线柱G1、G2连接在VT1的发射极和DC5V负端之间，并与电容C5、C6并联构成恒定电流源电路。VT1的的发射极连接单片机IC1的3脚构成测温Δmv信号输入回路。电容C7、C8的一端接DC5V负端，C7、C8的另一端分别接单片机IC1的17、18脚，陶瓷谐振器H也连接在的IC1的17、18脚之间构成时钟振荡回路。存储器IC2的1、2、3、4和7脚全部接DC5V负端，8脚接DC5V正端，5脚和6脚分别连接单片机IC1的1脚和2脚，电阻R10和R11的一端同接DC5V正端，另一端分别接单片机的1脚和2脚构成单片机IC1扩展存储器回路。PNP三极管VT2集电原接LED-1数码管DIG.1脚，发射极接DC5V负端，基极串接电阻R22接单片机的15脚构成温度显示十位数位选回路。PNP三极管VT3集电极接LED-1数码管DIG.2脚，发射极接DC5V负端，基极串接电阻R28接单片IC1机的14脚构成温度显示个位数位选回路。NPN三极管VT3集电极接LED-2数码管DIG、1脚，发射极接DC5V负端，基极串接电阻R29接单片机IC1的20脚构成定时显示十位数位选回路。PNP三极管VT5集电极接LED-2数码管DIG.2脚，发射极接DC5V负端，基极串接电阻R30接单片机IC1的19脚构成定时显示个位数位选回路。单片机IC1的4脚连接电阻R20，R20另一端接LED数码管D段，构成段选D回路。单片机IC1的6脚连接电阻R21，R21，另一端接LED数码管E段，构成段选E回路。单片机IC1的7脚连接电阻R22，R22另一端接LED数码管C段，构成段选C回路。单片机IC1的8脚连接电阻R23，R23另一端接LED数码管A段，构成段选A回路。单片机IC1的9脚连接电阻R24，R24另一端接LED数码管F段，构成段选F回路。单片机IC1的10脚连接电阻R25，R25另一端接LED数码管G段，构成段选G回路。单片机IC1的11脚连接电阻R26，R26另一端接LED数码管B段，构成段选B回路。电阻R12，R16轻触开关SB1串接在DC5V正负端之间，电阻R12，R16的连接点与单片机IC1的8脚连接构成与段选A回路共用一个I/O口的定时输入电路。电阻R13，R17和轻触开关SB2串接在DC5V正负之间，电阻R13，R17的连接点与单片机IC1的9脚连接构成与段选F回路共用一个I/O口的温度设定(减法)输入电路。电阻R14，R18和轻触开关SB3串接在DC5V正负端之间，电阻R14，R18的连接点与单片机的IC1的10脚连接构成与段选G回路共用一个I/O口的温度设定(加法)输入电路。电阻R15，R19和轻触开关SB4串接在DC5V正负端之间，电阻R15，R19的连接点与单片机的11脚连接构成与段选B回路共用一个I/O口的温度传感器参数输入选择电路。二极管VD9、VD10、VD11和VD12的负极分别连接轻触开关SB1、SB2、SB3和SB4，其正极全部接讯响器HA的负极，HA的正极串接R31和C10的并联电路与DC5V正端相接构成按键音响提示回路。单片机IC1的PWM输出口13脚串接电阻R6与光耦合器IC3的输入口1脚相接，IC3的2脚接DV5V负端构成PWM控制输出回路。电阻R5与发光二极管LD串联接在单片机IC1的PWM输出口13脚和DC5V负端之间构成PWM输出显示回路。二极管VD5反向与单向可控硅SCR正向串联接在双极电源开关SA两极之间，家用柔性电加热器具的发热线通过接线柱H2、H1与二极管VD5并联，电阻R9与电容C9串接后与可控硅SCR并联，电阻R8和二极管V7并联后两端分别接SCR的控制极和阴极，光耦合器IC3的输出口4脚串接电阻R7接可控硅SCR阳极，6脚正向串联二极管VD6接SCR控制极，构成了功率驱动执行电路。其中，光耦合器IC3隔离了～220V强电与DC5V弱电的电位差。
上述的数字程序控制电路采用的全部元、器件均安装在一块印制电路板上，装置在控制器外壳内。外壳正面上方开有透明窗口的位置正对LED数码管和发光二极管LD。电源开关SA的推键和轻触开关SB1、SB2、SB3的按扭均安装在外壳正面。
其工作原理是当电源开关SA接通时，～220V 50Hz交流电压即施加于可控硅SCR和发热线EH串联的电路上，这时，单片机IC1无触发电压输出，可控硅未导通。同时，～220V 50Hz交流电压也加在了由R1、R2、R3和整流桥VD1-4串联组成的降压整流电路上。R1在滤波电容C2端电压未建立起来时起限制峰值电流的作用。R1和C1并联降压使整流桥VD1-4输入电压约～12V。整流输出直流电压经稳压管VW1、C2和C3限幅滤波后为DC9V。经三端稳压器IC4、电容C41再一次隔幅滤波后输出稳定的DC5V电压作为本电路的直流电压源。稳压管VW2、二极管VD8和R3串联电路向三极管VT1提供一个稳定的基极电压，从三极管VT1集电极流向感温线RF的电流IRF是恒定的，因此在RF两端形成的电压VRF只与RF的电阻有关。当发热线EH的温度上升或下降发生变化时，感温线RF的电阻值的大小也跟随发热线EH的温度变化。在RF两端形成的电压是VRF+Δmv被单片机IC1采集写入，经过程序运算后调节从13脚输出的可控硅SCR触发电压的占空系数，需要恒温就维持当前占空比值、需要升温或降温就按运算的结果数据改变占空比值大或小，经过逐次对VRF+Δmv采集写入运算而不断调节可控硅SCR触发电压的占空系数，逐步逼步骤作者所设定的温度而运行恒温输出。测温、控温精度取决于单片机IC1的A/D转换精度。本电路使用EM78P458型单片机，其8位A/D转换器和感温线RF温阻变化率适配后分辩率达到0.3℃。已完全满足家用柔性电加热器具控温技术要求。单片机IC1按程序指令从3脚采集写入VRF+Δmv，从13脚输出占空比可调的幅值4.5V的PWM电压作为可控硅SCR触发电压。PWM电压占空比跟随设定温度与实测温度的差值大小，在0～100％之内变化。PWM电压经光耦合器IC3后改变为跟随PWM电压的时间比例功能开关，经R7和VD6接可控硅SCR阳极和控制极。调节可控硅SCR的导通和关断的时间比例，也就调节了加热线EH的加热功率，从而实现温度自动控制。R7是限流保护SCR控制极，VD6阻断～220V反向电压起保护IC3的作用。R9、C9和R8、VD7均是限制非正常电压作用。VD5的作用是当SCR击穿换效时形成半波大电流回路，熔断保险管FU完成切断电源保护。IC2是扩展的EEPROM存储器，本电路使用型号AT24C02，在电路中完成在线改写和停电数据保存功能，R10、R11是它的数据线上拉电阻。陶瓷谐振器H的频率取3.58M，即可满足本电路运算时序。本电路LED数码管的导通发光显示是以位、段排序循环通电完成的。图中R27和VT2是温度显示LED十位数的位选电路，当IC1的程序指令选中该位时，15脚输出高电位，VT2导通，该位被选中的段均发光。其它由R30和VT5、R28和VT3、R29和VT4组成的位选电路工作原理相同。在电路中四位LED的七段是并联连接的，R20～R26分别是七个段的限流电阻。当IC1的程序指令选中该段时，相应的I/O口输出高电位，这时四位LED相应段均在位选选中时发光。定时输入回路R12、R16和轻触开关SB1串联，SB1态态是断，单片机检测到I/O口8脚是高电位表示无定时数据写入。当SB1接通时，I/O口8脚被限为低电位，单片机检测到I/O口8脚是低电位即写入定时加“1”。电路中其余3.个数据输入线原理均与定时输入相同。4个数据输入线均分别与4个段选回路共用一个I/O口，是由单片机程序指令区别是写入数据，还是输出段选电位。单片机IC1写入的温度设定和定时设定数据被存入存储器，作为控温、定时运算参数和LED显示数据。HA是微型讯响器，当SB1-4任意有一个接通时，C10充电电流即使HA发出清晰悦耳的音响，提示操作成功，R31是C10的放电电阻。
Claims (8)
1、家用柔性电加热器用数字程序控制器，包括工作电源，与控制电路(3)连接的传感电路和执行电路(7)，执行电路(7)与加热器(2)的电热线层(8)连接，其特征在于传感电路包括恒定电流源(13)，加热器(2)的感温线层(9)的感温线(Rf)连接在恒定电流源(13)的正、负输出端上，恒定电流源(13)的正负输出端与控制电路(3)的单片机(IC1)的脚(3、5)连接，单片机(IC1)与温度设定输入电路(12)，时间设定输入电路(11)、直流电压源(14)和电源控制电路(15)连接。
2、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于电源控制电路(15)有熔断器(Fu)与双极电源开关(SA)的1个极、电阻(R1)串联后与电阻(R2)和电容(C1)的并联电路串接，再与直流电压源(14)的整流桥(VD1-4)的一输入端连接，双极电源开关的另一极与整流桥(VD1-4)的另一输入端连接，直流电压源(14)有三端稳压器(IC4)与整流桥(VD1-4)的正负输出端连接，电容(C4)接于(IC4)的2脚和3脚之间，电容(C4)的两端分别与单片机(IC1)的脚(16，5)连接。
3、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于恒定电流源(13)有稳压管(VW2)，二极管(VD8)和电阻(R3)串联连接于直流电压源(14)的正、负端，二极管(VD8)和电阻(R3)连接点接NPN三极管(VT1)的基极，三极管(VT1)的集电极串联电阻(R4)接直流电压源(14)正端，感温线(Rf)通过接线柱(G1、G2)连接在(VT1)的发射极和直流电压源(14)的负端之间，并联的电容(C5，C6)与感温线并联并且接单片机(IC1)的脚(3、5)，并联的电容(C7、C8)的一端接直流电压源(14)的负端，其另一端分别接单片机(IC1)的脚(17，18)，陶瓷谐振器(H)也连接在(IC1)的脚(17，18)之间。
4、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于执行电路(7)与单片机(IC1)之间有光耦隔离器(6)，光耦隔离器为集成电路(IC3)，集成电路(IC3)的输入口1脚与单片机(IC1)的13脚连接，集成电路(IC3)的输出口4脚串联电阻(R7)接可控硅(SCR)阳极和二极管(VD5)，其6脚正向串联二极管(VD6)接可控硅(SCR)控制极构成了执行电路(7)，加热器(2)的电热线层(8)的加热线通过接线柱(H2，H1)与二极管(VD5)并联，电阻(R9)与电容(C9)串接后与可控硅(SCR)并联，加热线与电源控制电路(15)连接。
5、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于单片机(IC1)与集成电路(IC2)连接，集成电路(IC2)的脚(1，2，3，4，7)全部接直流电压源(14)的负端和集成电路(IC3)的2脚，脚(8)接直流电压源(14)的正端，脚(5，6)分别连接单片机(IC1)的脚(1，2)，电阻(R10、R11)的一端接直流电压源(14)的正端，另一端分别接单片机(IC1)的脚(2，1)构成单片机(IC1)的扩展存储器(5)。
6、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于单片机(IC1)脚(15、14、20、19)与数字显示器(4)连接。
7、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于有参数写入电路(10)与单片机(IC1)连接，电阻(R12，R16，R13，R17，R14，R18，R15、R19)分别与开关(SB1，SB2，SB3，SB4)串接于直流电压源(14)的正负端之间，两个电阻的连接点分别与单片机(IC1)的脚(8，9，10，11)连接构成时间设定输入电路(11)，温度设定输入电路(12)和参数写入电路(10)。
8、根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的控制器，其特征在于单片机(IC1)为EM78P458，集成电路(IC2)为24CO2。
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| CN102367973A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-03-07 | 深圳市卓先实业有限公司 | 电暖设备的节能式加热控制装置 |
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2002
- 2002-07-12 CN CN 02275696 patent/CN2553413Y/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN103257604B (zh) * | 2012-12-10 | 2016-03-02 | 常州大学 | 基于Cortex-m3处理器的低温风力发电机保护控制器及方法 |
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