CN114340054B - 一种ptc加热板及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种PTC加热板及其控制方法，实现自动控制加热，通过PID算法来确保温度的实际上升和稳定区间，实现安全的加热除湿，并且成本低。主要包括：MCU、PTC热敏电阻和信号反馈器，所述信号反馈器与MCU的输入端连接，信号反馈器与PTC热敏电阻连接，所述信号反馈器用于感知PTC热敏电阻的实时温度并将该实时温度信号输出到MCU，所述MCU的输出端与PTC热敏电阻连接，MCU根据所述实时温度信号来控制MCU的输出占空比(PWM)，从而控制PTC热敏电阻的温度。
Description
技术领域
本发明涉及PTC加热板技术领域，更具体地，涉及一种PTC加热板及其控制方法。
背景技术
目前市面上的PTC(Positive Temperature Coefficient，正的温度系数)加热板常应用于工业设备控制、家用电器、医疗设备院、家用清洁器和新能源汽车等设备的自主加热控制。PTC加热板的温控都是通过硬件或者外部测量设备去监测控温的，但是还是会超出预期控制温度。PTC加热片的原理是PTC热敏电阻上电后自热升温，使阻值进入跃变区，恒温加热PTC热敏电阻，表面温度将保持。但是这种跃变区的范围往往很大，我们所需要使用的温度范围只是其中的一个温度区间，所以加热过程当中如果处理不当，会遇到温度上升过大，很容易导致接触的皮肤烫伤，甚至长时间加热，可引燃周边物体，更会削减电加热器的使用寿命。
因此，本领域需要开发一款性价比高的PTC加热板，能够相对精确控制和正确控制，使产品在使用过程中，稳定有效，减少故障和保证使用寿命是目前水平待解决的问题，其能够多领域应用，很有市场前景。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种PTC加热板及其控制方法，实现自动控制加热，通过PID算法来确保温度的实际上升和稳定区间，实现安全的加热除湿，并且成本低。
一种PTC加热板的控制方法，包括步骤：
S1，PTC加热板的信号反馈器感知PTC加热板的PTC热敏电阻的实时温度，PTC加热板的MCU实时读取信号反馈器反馈的PTC热敏电阻的实时温度信号；
S2，MCU根据所述实时温度信号来控制MCU的输出占空比(PWM)，从而控制PTC热敏电阻的温度。
在一些实施方式中，所述信号反馈器为NTC(Negative Temperature CoefficientSensor，负温度系数)温度传感器，所述MCU、PTC热敏电阻和NTC温度传感器设置在同一个PTC加热板中。
在一些实施方式中，在步骤S2中，在上电的一瞬间，适配器所给出的电流值高，在启动瞬间输出的占空比为8％-12％，持续时间为1S，然后当所述实时温度＜50℃时，所述占空比为96％-98％；当所述实时温度≥50℃时，MCU根据PID算法来对所述占空比进行实时调整，使得PTC热敏电阻的温度为53℃-57℃。
进一步的，所述PID算法是利用信号反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量，所述反馈信号为NTC温度传感器的实时反馈值，偏差信号为设定的温度范围，控制被控量为需要输出的占空比，该占空比会实时的自我调整，周期为1S。
进一步的，所述PID算法由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，比例单元用来对***的偏差进行校正，只要存在偏差，比例便会起作用；积分单元用来消除静差，静差是指***稳定后输入与输出之间存在的差值，而且积分是累加差值的；微分单元的作用是对偏差的变化趋势做出削减，根据偏差的趋势超前去调节，提高反应速度，削减积分累加过大所造成的过大误差。
进一步的，所述比例单元P、积分单元I和微分单元D三个单元的具体比例参数值，即Kp,Ki,Kd的初值设置，设置Kp＝135,Ki＝0.35,Kd＝2050。
进一步的，在整个算法过程中需要对反馈信号(NTC反馈值)做极限的提前处理，目前判断一旦温度达到57℃，会马上降低输出占空比，输出值为0.01％，并把已经累加的积分误差值除以2来进行快速降温处理，同时在整个积分运算的过程中，对积分的误差累加值做了上限处理(上限为6000)，避免误差越来越大。
在一些实施方式中,主机主控板会通过按键或者通信协议来控制PTC加热板加热功能的开启与关闭，PTC加热板通过控制IO口的高低电平来进行PTC热敏电阻加热功能的开启与关闭，MCU的AD口输出占空比来控制PTC热敏电阻的温度。
在一些实施方式中，所述方法还包括步骤S3，所述PTC加热板与主机主控板连接，PTC加热板加热功能的开启通过主机主控板发送开始信号，主机主控板通过按键发送开始信号给PTC加热板，此信号为模拟信号，高电平输出10ms,低电平输出10ms，一直循环发送模拟信号量；再次按下按键则为关闭加热，主机主控板不再输出模拟信号；主机主控板还具有一个电源断开按键，当按下电源断开按键时，PTC加热板停止加热功能，PTC加热板的AD口停止输出占空比。
进一步的，在整个加热过程中，主机主控板与PTC加热板一直进行模拟信号的通信，通信格式由引导码、数据码、尾码组成，引导码格式为低电平持续700us之后变为高电平持续6300us，尾码格式为低电平持续200us之后变为高电平持续200us，数据码有两种，一种是主机主控板发送给PTC加热板，控制PTC加热控制板进行加热与不加热，并实时反馈故障状态，另一种则是PTC加热板发送给主机控制板，一直汇报加热板故障状态，这两种数据码除了包括自身的实际数据码，还会发送数据码的反码，用来校验发送的码值是正确的，此处的数据码也是模拟信号，发送位(bit)为0格式为低电平700us转换成高电平1300us，发送位(bit)为1格式为低电平1300us转换成高电平700us,反码也是如此。如果发送字节0xff,则发送8次低电平1300us转换高电平700us，发送整个byte周期为16000us。
一种PTC加热板，包括：MCU、PTC热敏电阻和信号反馈器，所述信号反馈器与MCU的输入端连接，信号反馈器还与PTC热敏电阻连接，所述信号反馈器用于感知PTC热敏电阻的实时温度并将该实时温度信号输出到MCU，所述MCU的输出端与PTC热敏电阻连接，所述MCU用于输出占空比从而控制PTC热敏电阻的温度。
在一些实施方式中，所述信号反馈器为NTC(Negative Temperature CoefficientSensor，负温度系数)温度传感器。
在一些实施方式中，在上电的一瞬间，适配器所给出的电流值高，在启动瞬间输出的占空比为8％-12％，持续时间为1S，然后当所述实时温度＜50℃时，所述占空比为96％-98％；当所述实时温度≥50℃时，MCU根据PID算法来对所述占空比进行实时调整，使得PTC热敏电阻的温度为53℃-57℃。
进一步的，所述PID算法是利用信号反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量，所述反馈信号为NTC温度传感器的实时反馈值，偏差信号为设定的温度范围，控制被控量为需要输出的占空比，该占空比会实时的自我调整，周期为1S。
进一步的，所述PID算法由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，比例单元用来对***的偏差进行校正，只要存在偏差，比例便会起作用；积分单元用来消除静差，静差是指***稳定后输入与输出之间存在的差值，而且积分是累加差值的；微分单元的作用是对偏差的变化趋势做出削减，根据偏差的趋势超前去调节，提高反应速度，削减积分累加过大所造成的过大误差。
进一步的，所述比例单元P、积分单元I和微分单元D三个单元的具体比例参数值，即Kp,Ki,Kd的初值设置，设置Kp＝135,Ki＝0.35,Kd＝2050。
进一步的，在整个算法过程中需要对反馈信号(NTC反馈值)做极限的提前处理，目前判断一旦温度达到57℃，会马上降低输出占空比，输出值为0.01％，并把已经累加的积分误差值除以2来进行快速降温处理，同时在整个积分运算的过程中，对积分的误差累加值做了上限处理(上限为6000)，避免误差越来越大。
在一些实施方式中,主机主控板会通过按键或者通信协议来控制PTC加热板加热功能的开启与关闭，PTC加热板通过控制IO口的高低电平来进行PTC热敏电阻加热功能的开启与关闭，MCU的AD口输出占空比来控制PTC热敏电阻的温度。
在一些实施方式中，所述PTC加热板与主机主控板连接，PTC加热板加热功能的开启通过主机主控板发送开始信号，主机主控板通过按键发送开始信号给PTC加热板，此信号为模拟信号，高电平输出10ms,低电平输出10ms，一直循环发送模拟信号量；再次按下按键则为关闭加热，主机主控板不再输出模拟信号；主机主控板还具有一个电源断开按键，当按下电源断开按键时，PTC加热板停止加热功能，PTC加热板的AD口停止输出占空比。
进一步的，在整个加热过程中，主机主控板与PTC加热板一直进行模拟信号的通信，通信格式由引导码、数据码、尾码组成，引导码格式为低电平持续700us之后变为高电平持续6300us，尾码格式为低电平持续200us之后变为高电平持续200us，数据码有两种，一种是主机主控板发送给PTC加热板，控制PTC加热控制板进行加热与不加热，并实时反馈故障状态，另一种则是PTC加热板发送给主机控制板，一直汇报加热板故障状态，这两种数据码除了包括自身的实际数据码，还会发送数据码的反码，用来校验发送的码值是正确的，此处的数据码也是模拟信号，发送位(bit)为0格式为低电平700us转换成高电平1300us，发送位(bit)为1格式为低电平1300us转换成高电平700us,反码也是如此。如果发送字节0xff,则发送8次低电平1300us转换高电平700us，发送整个byte周期为16000us。
具体实施方式
描述以下实施例以辅助对本申请的理解。不意在且不应当以任何方式将实施例解释成为限制本申请的保护范围。
在以下描述中，本领域的技术人员将认识到，在本论述的全文中，组件可描述为单独的功能单元(可包括子单元)，但是本领域的技术人员将认识到，各种组件或其部分可划分成单独组件，或者可整合在一起(包括整合在单个的***或组件内)。
此外，组件或***之间的连接并不旨在限于直接连接。相反，在这些组件之间的数据可由中间组件修改、重格式化、或以其它方式改变。另外，可使用另外或更少的连接。还应注意，术语“联接”、“连接”、或“输入”应理解为包括直接连接、通过一个或多个中间设备来进行的间接连接、和无线连接。
实施例1：
一种PTC加热板的控制方法，包括步骤：S1，PTC加热板的信号反馈器感知PTC加热板的PTC热敏电阻的实时温度，PTC加热板的MCU实时读取信号反馈器反馈的PTC热敏电阻的实时温度信号；S2，MCU根据所述实时温度信号来控制MCU AD口的输出占空比(PWM)，从而控制PTC热敏电阻的温度。
所述信号反馈器为NTC(Negative Temperature Coefficient Sensor，负温度系数)温度传感器，所述MCU、PTC热敏电阻和NTC温度传感器设置在同一个PTC加热板中。在步骤S2中，在上电的一瞬间，适配器所给出的电流值高，在启动瞬间输出的占空比为8％-12％，持续时间为1S，然后当所述实时温度＜50℃时，所述占空比为96％-98％；当所述实时温度≥50℃时，MCU根据PID算法来对所述占空比进行实时调整，使得PTC热敏电阻的温度为53℃-57℃。
所述PID算法是利用信号反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量，所述反馈信号为NTC温度传感器的实时反馈值，偏差信号为设定的温度范围，控制被控量为需要输出的占空比，该占空比会实时的自我调整，周期为1S。所述PID算法由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，比例单元用来对***的偏差进行校正，只要存在偏差，比例便会起作用；积分单元用来消除静差，静差是指***稳定后输入与输出之间存在的差值，而且积分是累加差值的；微分单元的作用是对偏差的变化趋势做出削减，根据偏差的趋势超前去调节，提高反应速度，削减积分累加过大所造成的过大误差。所述比例单元P、积分单元I和微分单元D三个单元的具体比例参数值，即Kp,Ki,Kd的初值设置，设置Kp＝135,Ki＝0.35,Kd＝2050。在整个算法过程中需要对反馈信号(NTC反馈值)做极限的提前处理，目前判断一旦温度达到57℃，会马上降低输出占空比，输出值为0.01％，并把已经累加的积分误差值除以2来进行快速降温处理，同时在整个积分运算的过程中，对积分的误差累加值做了上限处理(上限为6000)，避免误差越来越大。
主机主控板会通过按键或者通信协议来控制PTC加热板加热功能的开启与关闭，PTC加热板通过控制IO口的高低电平来进行PTC热敏电阻加热功能的开启与关闭，MCU的AD口输出信号控制PTC热敏电阻的输出占空比。所述方法还包括步骤S3，所述PTC加热板与主机主控板连接，PTC加热板加热功能的开启通过主机主控板发送开始信号，主机主控板通过按键发送开始信号给PTC加热板，此信号为模拟信号，高电平输出10ms,低电平输出10ms，一直循环发送模拟信号量；再次按下按键则为关闭加热，主机主控板不再输出模拟信号；主机主控板还具有一个电源断开按键，当按下电源断开按键时，PTC加热板停止加热功能，PTC加热板的AD口停止输出占空比。在整个加热过程中，主机主控板与PTC加热板一直进行模拟信号的通信，通信格式由引导码、数据码、尾码组成，引导码格式为低电平持续700us之后变为高电平持续6300us，尾码格式为低电平持续200us之后变为高电平持续200us，数据码有两种，一种是主机主控板发送给PTC加热板，控制PTC加热控制板进行加热与不加热，并实时反馈故障状态，另一种则是PTC加热板发送给主机控制板，一直汇报加热板故障状态，这两种数据码除了包括自身的实际数据码，还会发送数据码的反码，用来校验发送的码值是正确的，此处的数据码也是模拟信号，发送位(bit)为0格式为低电平700us转换成高电平1300us，发送位(bit)为1格式为低电平1300us转换成高电平700us,反码也是如此。如果发送字节0xff,则发送8次低电平1300us转换高电平700us，发送整个byte周期为16000us。
实施例2：
一种PTC加热板，包括：MCU、PTC热敏电阻和信号反馈器，所述信号反馈器与MCU的输入端连接，信号反馈器还与PTC热敏电阻连接，所述信号反馈器用于感知PTC热敏电阻的实时温度并将该实时温度信号输出到MCU，所述MCU的输出端与PTC热敏电阻连接，所述MCU用于输出占空比来控制PTC热敏电阻的温度。
所述信号反馈器为NTC(Negative Temperature Coefficient Sensor，负温度系数)温度传感器。在上电的一瞬间，适配器所给出的电流值高，在启动瞬间输出的占空比为8％-12％，持续时间为1S，然后当所述实时温度＜50℃时，所述占空比为96％-98％；当所述实时温度≥50℃时，MCU根据PID算法来对所述占空比进行实时调整，使得PTC热敏电阻的温度为53℃-57℃。所述PID算法是利用信号反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量，所述反馈信号为NTC温度传感器的实时反馈值，偏差信号为设定的温度范围，控制被控量为需要输出的占空比，该占空比会实时的自我调整，周期为1S。所述PID算法由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，比例单元用来对***的偏差进行校正，只要存在偏差，比例便会起作用；积分单元用来消除静差，静差是指***稳定后输入与输出之间存在的差值，而且积分是累加差值的；微分单元的作用是对偏差的变化趋势做出削减，根据偏差的趋势超前去调节，提高反应速度，削减积分累加过大所造成的过大误差。所述比例单元P、积分单元I和微分单元D三个单元的具体比例参数值，即Kp,Ki,Kd的初值设置，设置Kp＝135,Ki＝0.35,Kd＝2050。在整个算法过程中需要对反馈信号(NTC反馈值)做极限的提前处理，目前判断一旦温度达到57℃，会马上降低输出占空比，输出值为0.01％，并把已经累加的积分误差值除以2来进行快速降温处理，同时在整个积分运算的过程中，对积分的误差累加值做了上限处理(上限为6000)，避免误差越来越大。
主机主控板会通过按键或者通信协议来控制PTC加热板加热功能的开启与关闭，PTC加热板通过控制IO口的高低电平来进行PTC热敏电阻加热功能的开启与关闭，MCU的AD口输出占空比来控制PTC热敏电阻的温度。所述PTC加热板与主机主控板连接，PTC加热板加热功能的开启通过主机主控板发送开始信号，主机主控板通过按键发送开始信号给PTC加热板，此信号为模拟信号，高电平输出10ms,低电平输出10ms，一直循环发送模拟信号量；再次按下按键则为关闭加热，主机主控板不再输出模拟信号；主机主控板还具有一个电源断开按键，当按下电源断开按键时，PTC加热板停止加热功能，PTC加热板的AD口停止输出占空比。在整个加热过程中，主机主控板与PTC加热板一直进行模拟信号的通信，通信格式由引导码、数据码、尾码组成，引导码格式为低电平持续700us之后变为高电平持续6300us，尾码格式为低电平持续200us之后变为高电平持续200us，数据码有两种，一种是主机主控板发送给PTC加热板，控制PTC加热控制板进行加热与不加热，并实时反馈故障状态，另一种则是PTC加热板发送给主机控制板，一直汇报加热板故障状态，这两种数据码除了包括自身的实际数据码，还会发送数据码的反码，用来校验发送的码值是正确的，此处的数据码也是模拟信号，发送位(bit)为0格式为低电平700us转换成高电平1300us，发送位(bit)为1格式为低电平1300us转换成高电平700us,反码也是如此。如果发送字节0xff,则发送8次低电平1300us转换高电平700us，发送整个byte周期为16000us。
尽管本申请已公开了多个方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对本领域技术人员而言将是显而易见的，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。本申请公开的多个方面和实施方式仅用于举例说明，其并非旨在限制本申请，本申请的实际保护范围以权利要求为准。
Claims (2)
1.一种PTC加热板的控制方法，其特征在于，包括步骤：S1，PTC加热板的信号反馈器感知PTC加热板的PTC热敏电阻的实时温度，PTC加热板的MCU实时读取信号反馈器反馈的PTC热敏电阻的实时温度信号；
S2，MCU根据所述实时温度信号来控制MCU的输出占空比，从而控制PTC热敏电阻的温度，在上电的一瞬间，适配器所给出的电流值高，在启动瞬间输出的占空比为8%-12%，持续时间为1S，然后当所述实时温度＜50℃时，所述占空比为96%-98%；当所述实时温度≥50℃时，MCU根据PID算法来对所述占空比进行实时调整，使得PTC热敏电阻的温度为53℃-57℃；
所述PID算法是利用信号反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量，反馈信号为NTC温度传感器的实时反馈值，偏差信号为设定的温度范围，控制被控量为需要输出的占空比，该占空比会实时的自我调整，周期为1S；所述PID算法由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，比例单元用来对***的偏差进行校正，只要存在偏差，比例便会起作用；积分单元用来消除静差，静差是指***稳定后输入与输出之间存在的差值，而且积分是累加差值的；微分单元的作用是对偏差的变化趋势做出削减，根据偏差的趋势超前去调节，提高反应速度，削减积分累加过大所造成的过大误差；所述比例单元P、积分单元I和微分单元D三个单元的具体比例参数值，即Kp,Ki,Kd的初值设置，设置Kp=135,Ki=0.35,Kd=2050，在整个算法过程中需要对反馈信号做极限的提前处理，目前判断一旦温度达到57℃，会马上降低输出占空比，输出值为0 .01％，并把已经累加的积分误差值除以2来进行快速降温处理，同时在整个积分运算的过程中，对积分的误差累加值做了上限处理；
S3，所述PTC加热板与主机主控板连接，PTC加热板加热功能的开启通过主机主控板发送开始信号，主机主控板通过按键发送开始信号给PTC加热板，此信号为模拟信号，高电平输出10ms,低电平输出10ms，一直循环发送模拟信号量；再次按下按键则为关闭加热，主机主控板不再输出模拟信号；主机主控板还具有一个电源断开按键，当按下电源断开按键时，PTC加热板停止加热功能，PTC加热板的AD口停止输出占空比，在整个加热过程中，主机主控板与PTC加热板一直进行模拟信号的通信，通信格式由引导码、数据码、尾码组成，引导码格式为低电平持续700us之后变为高电平持续6300us，尾码格式为低电平持续200us之后变为高电平持续200us，数据码有两种，一种是主机主控板发送给PTC加热板， 控制PTC加热板进行加热与不加热，并实时反馈故障状态，另一种则是PTC加热板发送给主机主控板，一直汇报PTC加热板故障状态，这两种数据码除了包括自身的实际数据码，还会发送数据码的反码，用来校验发送的码值是正确的，此处的数据码也是模拟信号，发送位为0格式为低电平700us转换成高电平1300us，发送位为1格式为低电平1300us转换成高电平700us ,反码也是如此,当发送字节0xff ,则发送8次低电平1300us转换高电平700us，发送整个byte周期为16000us。
2.如权利要求1所述的PTC加热板的控制方法，其特征在于，所述信号反馈器为NTC温度传感器，所述MCU、PTC热敏电阻和NTC温度传感器设置在同一个PTC加热板中。
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