CN1696858A - 智能温度控制装置 - Google Patents

Abstract

一种智能温度控制装置，包括与温度传感器相连的温度变换模块，参数输入电路及作为显示的温度/时间显示电路、状态指示电路、外部定时脉冲电路以及温度控制电路和直流电源电路，并被置于有面板的壳体内，其特征是它还包括一个带有A/D转换电路的可编程单片机及其受控的由加热控制电路和降温控制电路组成的温度控制电路，该可编程单片机的编程软件包括目标温度随时间是直线式变化和正弦式变化。该参数输入电路有分时间段输入的温度参数等。本发明使用方便、灵活、实用可靠，根据需要而设定的多个时间段的温度及时间参数自动进行控制，拓宽了温度控制的范围，解决了目标温度需要特殊变化的科学实验及实际应用的需求。

Description

智能温度控制装置

技术领域

本发明涉及一种温度控制仪，具体说是一种智能温度控制装置。

背景技术

目前，公知的温度控制装置只能够按照人们设定好的固定的目标温度进行控制，其目标温度是固定的，不能按照人们的要求使目标温度随着时间的变化而变化，更不能按照人们的要求分时段随时间改变目标温度而进行控制。这样的温度控制装置只能满足一般的应用场合。随着社会的发展，技术的进步，人们为了解开大自然的奥秘，需要进一步的技术手段。在科学实验和日常的应用中，固定目标温度的温度控制装置已经不能满足日益发展的要求，迫切需要一种目标温度能够按照人们的要求随时间进行变化，如模拟一天24小时内温度升降的连续变化等的智能温度控制装置。

发明内容

本发明的目的就是提供一种智能温度控制装置，以弥补已有技术的不足。

为了实现对温度的智能控制，首先需要一种智能控制器件。这种智能控制器件能够根据事先编制好的程序和人们设定的有关参数进行自动控制。这就要求这种器件能够存储编制好的程序，能够计算目标温度，能够实时转换当前的温度，有一定的输入、输出能力，能够根据优先级的不同而对不同的情况进行实时处理等，据此选择了Microchip公司的可编程单片机PIC16C74A。然后围绕可编程单片机PIC16C74A来设计相应的硬件，以实现对温度的智能控制。该可编程单片机PIC16C74A有33个I/O输入/输出端，有8个A/D转换输入通道，以及相应的硬件电路。

因此，发明解决其技术问题所采用的基本构思是：

采用带有A/D转换器的可编程单片机作为核心部件对目标温度进行控制，采用外部按钮开关对各个时间间隔及相应的起始和终点温度进行输入。由可编程单片机根据输入的时间及温度参数对当前的目标温度进行计算，实时计算出当前的目标温度。并由温度变换模块输出适合A/D转换器要求的与被测量温度呈线性关系的模拟电压，由可编程单片机中的A/D转换器转换为对应于当前实际温度的数字值，由可编程单片机对此数字值与当前的目标温度值进行比较，计算出温度差。可编程单片机根据计算出的温度差控制加热电路或制冷电路进行加热或制冷。还包括温度显示、超温报警等一些附属功能。

本发明包括与温度传感器相连的温度变换模块，参数输入电路及作为显示的温度/时间显示电路、状态指示电路、外部定时脉冲电路以及温度控制电路和直流电源电路，并被置于有面板的壳体内，其特征是它还包括一个带有A/D转换电路的可编程单片机及其受控的由加热控制电路和降温控制电路组成的温度控制电路，该可编程单片机的编程软件包括目标温度随时间是直线式变化和正弦式变化，且由固定在壳体后的开关进行选择或切换。

上述参数输入电路有分时间段输入的参数：包括多个不同时间段的始末温度和相应的时间间隔。

因此本发明可以对根据需要而设定的多个时间段的温度及时间参数自动进行控制，拓宽了温度控制的应用范围，解决了对于要求目标温度需要进行特殊变化的科学实验及实际应用的要求。本发明使用方便、灵活、实用可靠。

附图说明

图1是本发明的总体结构方框图。

图2是本发明的产品面板示意图。

图3是本发明的电路原理图。

图4是本发明软件部分的流程图。

其中：1、可编程单片机  2、温度变换模块  3、参数输入电路4、过零脉冲触发电路  5、直流基准电压源  6、降温控制电路7、加热控制电路  8、温度/时间显示电路  9、外部定时脉冲电路10、直流电源电路  11、电源开关  12、面板  13、时间段指示数码显示器  14、温度显示器  15、温度、时间设置按钮。

具体实施方式

本发明包括与温度传感器相连的温度变换模块2，参数输入电路3及作为显示的温度/时间显示电路8、状态指示电路、外部定时脉冲电路9以及温度控制电路和直流电源电路10，并被置于有面板12的壳体内，其特征是它还包括一个带有A/D转换电路的可编程单片机1及其受控的由加热控制电路7和降温控制电路6组成的温度控制电路，该可编程单片机1的编程软件包括目标温度随时间是直线式变化和正弦式变化，且由固定在壳体后的开关进行选择或切换。

上述参数输入电路3有分时间段输入的参数：包括多个不同时间段的始末温度和相应的时间间隔。

温度变换模块2包括温度传感器和相应的变换电路，选用型号为TCV98的高精度温度变换模块。其作用是将温度传感器感知的目标温度转换成可编程单片机1可接受和处理的电压信号。即可编程单片机1的A/D转换器所需的电压信号。

可编程单片机1选用带有内含4Kb的14位程序存储器和192个8bit数据寄存器以及A/D转换器的PIC16C74A集成电路。

直流基准电压源5：为了使可编程单片机1能够准确、稳定地将模拟电压信号转换为数字信号，在可编程单片机1的外部使用AD586高精度、高稳定度的+5伏基准电压源，附加调整电路后，给可编程单片机1提供稳定的+5伏基准电压，以保证其A/D转换的准确性和稳定性。

参数输入电路3：为了提供灵活、可变的目标温度和温度变化速率，需要提供能够根据需要改变起始、目标温度、时间间隔的手段。为此，参数输入电路3上对所需参数进行设置的五个按钮置放在面板12上，面板2上的上升、下降、设置、选择和运行这五个开关能够简单、有效地对本智能温度控制仪的所需参数进行设置。

过零脉冲触发电路4的作用是为智能控制程序中加热单元的工作提供中断信号，以便可编程单片机1输出加热与否的信号。即过零脉冲触发电路4的采用使温度控制平稳，温度控制的方式采用广泛有效的PID控制模式，在软件的设计上采用了将每1秒钟分成100个时间段，根据需要设置每个时间段加热与否，以便准确地控制加热的功率。为此设计了脉冲触发电路，此电路的功能是检测外部50赫兹交流电源的过零点(50赫兹的交流电源每1秒钟有100个过零点)，并且将检测出的过零点信号作为中断信号提供给可编程单片机1。

加热控制电路7的作用是控制加热器对控制目标进行加热，以达到要求的控制温度。加热控制电路7，可编程单片机1实时输出的加热信号，由于变化快(1秒钟可以进行100次加热/停止加热的转换)，如果采用普通的机械式继电器来控制加热器的加热，因普通机械式继电器的响应速度所限，不能适应此要求，为此采用了响应速度快，且无触点的可控硅作为加热控制电路。为了将可控硅与可编程单片机1相连接，且实现可编程单片机1与外部的高电压的加热电源相隔离，在可编程单片机1和可控硅之间增加了光电隔离、触发电路。

降温控制电路6的作用是降低控制目标的实际温度，即降温控制电路6，当实际温度超出目标温度或在目标温度下降的阶段，为了将实际温度控制在目标温度所允许的范围内，需要对控制目标进行降温，为此设计了降温控制电路。

温度/时间显示电路8：如同已有技术是为了实时显示当前的温度及时间，采用了4位数码显示器作为显示电路。在面板12上有温度显示器14。

状态指示电路：为了指示当前的状态，如是否正常，是否超温，是否正在加热，在面板12上增加了几个LED发光二极管作为指示用，且如果实际的温度超出了设定的误差范围，除了LED显示外，还有一个蜂鸣器作为报警器。

为了使可编程单片机1能够正常的工作，采用了晶体振荡器作为时钟发生电路，这种电路产生的频率稳定，为可编程单片机1的稳定工作提供了保障。

开机时本发明的缺省状态是温度测量仪。设置参数后，能够按照设定的参数进行控制。

在软件上，设计了两种温度变化方式，一种是直线式变化，即根据起始点和终了点的温度，目标温度随时间是线性变化的；另一种是正弦式变化，即根据起始点和终了点的温度，目标温度随时间是以正弦的方式变化的。

可编程单片机1的选用型号是PIC16C74A，硬件电路的核心控制电路。编制的智能控制程序存储在单片机内，由单片机内的运算单元根据程序和外部输入的信号进行实时的控制。

外部定时脉冲电路的作用是为单片机提供低频的定时脉冲。

直流电源电路10提供所需的+5伏和±15伏直流电源。

首先是由集成电路AD590作为温度传感器的IC6TCV98高精度温度变换模块2将测量的温度转换为对应的电压信号输入到可编程单片机1的2脚。在程序中可编程单片机1的2脚设置为A/D转换器的输入端，A/D转换器将输入的电压信号转换为8位数字信号，代表当前的温度，供可编程单片机1内的温度计算和控制程序处理。

由IC2AD586组成的+5伏直流基准电压源5为可编程单片机1提供A/D转换所需的+5伏基准电压。+15V由其2脚输入，6脚输出的+5V基准电压则由可编程单片机1的5脚输入。

由5个按键S1-S5和相应的电阻R3-R7，R36-R40组成参数输入电路3，分别连接在可编程单片机1的36-40脚。通过参数输入电路，可输入程序控制所需的起始温度、结束温度以及时间间隔参数。参数输入结束后，按面板12上的运行键即可运行程序。

由集成电路电压比较器IC3(LM311)为主要电路及电阻R13~R17、R42和整流二极管D1、D2与小型变压器T1所组成的过零脉冲触发电路4为智能控制程序中加热单元的工作提供中断信号，以便可编程单片机1输出加热与否的信号。当交流电源电压每经过一个过零点，过零脉冲触发电路4中的LM311的7脚就输出一个正脉冲信号到可编程单片机1的33脚。

由IC4光电耦合器MOC3020和IC5可控硅BTA06-600C为主要元件和相应的电阻组成的加热控制电路7控制加热器RL对控制目标进行加热，以达到要求的控制温度。从可编程单片机1的35脚输出的加热与否的信号(加热为高电平，不加热为低电平)输入到型号为MOC3020(IC4)光电耦合器的2脚，从IC4光电耦合器MOC3020的4脚和6脚输出的信号连接到IC5可控硅BTA06-600C，以控制IC5可控硅BTA06-600C的开闭，进而控制加热器RL的工作。电阻R41的两端头L和N分别连接到外部220V交流电源的火线和零线。

如果控制目标的实际温度高于目标温度，可编程单片机1的10脚输出降温信号(高电平)，到继电器RE1。由继电器RE1组成的降温电路6中的继电器吸合，控制外部冷却设备Cooler(冷却设备可以是制冷空调，也可以是电机带动水泵，抽冷却水等)工作。此时加热程序关闭。

由IC7集成电路4060组成的外部定时脉冲9产生的低频脉冲从7脚输出，输入到可编程单片机1的6脚，其作用是为可编程单片机1提供一个低频定时脉冲信号。

从可编程单片机1的15-22，27-30脚输出的显示信号输出至由数码显示器组成的温度/时间显示电路8，显示当前的温度和时间。

连接在可编程单片机1的13和14脚的由晶体振荡器和电容组成的振荡电路，产生11MHz的时钟脉冲，为整个可编程单片机1的工作提供稳定的工作时钟。

由按键开关S11和电解电容C2组成的复位电路，连接在可编程单片机1的1脚，其作用为可编程单片机1提供开机时的延时运行和复位功能。

连接在可编程单片机1的3脚的单刀双掷开关K1，其作用是可根据要求，选择目标温度随时问是直线式变化还是正弦式变化。图4为本发明的程序流程：

开启电源，在+5伏直流电源VDD稳定后，软件开始运行。首先对可编程单片机1的各个输入/输出端口根据电路功能的要求进行初始化，对可编程单片机1的内部定时器和中断、各标志位、寄存器等进行初始化。

初始化完成后，对标志位进行检测。如果此时操作者未进行任何操作和设置，则软件自动转为只测量温度，即是一个一般温度测量仪。同时等待操作者对控制的目标温度和时间间隔进行设置，直到完成参数设置后，返回。

待温度、时间参数设置完成后，即进入温度控制程序。

在温度控制程序开始之前，为了确保此时的被控制对象的实际温度达到控制开始的起始温度，首先进入预热(或预降温)程序。在预热(或预降温)程序中，不断对被控制目标的温度进行检测，直到在一定的时间内检测到的实际温度达到控制开始的起始温度后，即完成预热(或预降温)程序，返回温度控制程序，进入温度控制程序的正式运行。

在温度控制程序正式运行开始时，首先对各个参数进行初始化。初始化结束后，进入温度控制程序。

Claims (6)

1 一种智能温度控制装置，它包括与温度传感器相连的温度变换模块(2)，参数输入电路(3)及作为显示的温度/时间显示电路(8)、状态指示电路、外部定时脉冲电路(9)以及温度控制电路和直流电源电路(10)，并被置于有面板(12)的壳体内，其特征是它还包括一个带有A/D转换电路的可编程单片机(1)及其受控的由加热控制电路(7)和降温控制电路(6)组成的温度控制电路，该可编程单片机(1)的编程软件包括目标温度随时间是直线式变化和正弦式变化，且由固定在壳体后的开关进行选择或切换。

2 如权利要求1所述的智能温度控制装置，其特征是上述参数输入电路(3)有分时间段输入的参数：包括多个不同时间段的始末温度和相应的时间间隔。

3 如权利要求1所述的智能温度控制装置，其特征是温度变换模块(2)选用型号为TCV98。

4 如权利要求1所述的智能温度控制装置，其特征是可编程单片机(1)选用带有内含4Kb的14位程序存储器和192个8bit数据寄存器以及有A/D转换器的PIC16C74A集成电路。

5 如权利要求1所述的智能温度控制装置，其特征是在可编程单片机(1)上接有+5伏直流基准电压源(5)。

6 如权利要求1和2所述的智能温度控制装置，其特征是参数输入电路(3)上对所需参数进行设置的五个按钮置放在面板(12)上。

Images