基于pid溫控的電子艾灸儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于PID溫控的電子艾灸儀，包括：溫度檢測單元，用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數(shù)據(jù)，溫度檢測單元包括艾灸頭、對艾灸頭實時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和檢測的溫度檢測電路；溫度控制單元，用于調(diào)節(jié)艾灸頭的實時溫度；溫度控制單元包括PID控制器、PWM控制器、MOS管、用于加熱艾灸頭的加熱裝置；PWM控制器、MOS管、加熱裝置依次串聯(lián)連接；主控單元，包括微控制器；微控制器分別與溫度檢測電路、PID控制器以及PWM控制器連接；上位機，連接到微控制器；電源，分別連接到溫度檢測單元、溫度控制單元、主控單元以及上位機，用于供電。本實用新型具有溫度控制精度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定度高的優(yōu)點。
【專利說明】
基于PI D溫控的電子艾灸儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及醫(yī)療保健設(shè)備領(lǐng)域，更具體地說，本實用新型涉及一種基于PID溫 控的電子艾灸儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 艾灸在我國有數(shù)千年的歷史，具有治療疾病和養(yǎng)生保健的作用，主要方法是將燃 燒艾條或艾片放置于人體經(jīng)絡(luò)穴位等處，能夠促進(jìn)血液循環(huán)、激發(fā)提高人體的免疫功能、增 強人體的抗病能力，具有溫補元氣、溫經(jīng)通絡(luò)、補中益氣的作用。
[0003] 隨著科技的發(fā)展，電子艾灸器、電子艾灸儀等用于艾灸的電子產(chǎn)品出現(xiàn)。這些電子 艾灸儀的溫度采用開環(huán)控制，使用的過程中出現(xiàn)艾灸儀溫度無法精確控制的不足。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 針對上述技術(shù)中存在的不足之處，本實用新型提供一種基于PID溫控的電子艾灸 儀，在艾灸頭上設(shè)有溫度傳感器，采集和檢測艾灸頭實時溫度反饋給微控制器，微控制器控 制PID控制器輸出實時PWM占空比來控制M0S管的通斷，進(jìn)而控制加熱裝置的開閉，實現(xiàn)對艾 灸頭溫度的調(diào)節(jié)，具有溫度控制精度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定度高的優(yōu)點。
[0005] 為了實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的這些目的和其它優(yōu)點，本實用新型通過以下技術(shù)方案 實現(xiàn)：
[0006] 本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，包括：
[0007] 溫度檢測單元，其用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數(shù)據(jù)，所述溫度檢測單元包 括加熱艾片的艾灸頭、對所述艾灸頭實時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和檢測的溫度檢測電路；
[0008] 溫度控制單元，其用于調(diào)節(jié)所述艾灸頭的實時溫度;所述溫度控制單元包括PID控 制器、P麗控制器、M0S管、用于加熱所述艾灸頭的加熱裝置;所述P麗控制器、所述M0S管、所 述加熱裝置依次串聯(lián)連接；
[0009] 主控單元，其包括微控制器;所述微控制器分別與溫度檢測電路、所述PID控制器 以及所述PWM控制器連接；
[0010]上位機，其連接到所述微控制器；
[0011]電源，其分別連接到所述溫度檢測單元、所述溫度控制單元、所述主控單元以及所 述上位機，用于供電。
[0012] 優(yōu)選的是，還包括用于設(shè)定電子艾灸儀目標(biāo)工作參數(shù)的薄膜按鍵裝置，所述薄膜 按鍵裝置連接到所述微控制器。
[0013] 優(yōu)選的是，還包括用于對電子艾灸儀實時工作參數(shù)與目標(biāo)工作參數(shù)不同進(jìn)行報警 的蜂鳴器，所述蜂鳴器連接到所述微控制器。
[0014] 優(yōu)選的是，還包括用于指示電子艾灸儀工作狀態(tài)的LED燈，所述LED燈連接到所述 微控制器。
[0015] 優(yōu)選的是，還包括用于顯示電子艾灸儀工作參數(shù)和工作狀態(tài)的顯示屏，所述顯示 屏連接到所述微控制器。
[0016] 優(yōu)選的是，所述主控單元還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器一端連接到所述溫 度檢測電路、另一端連接到所述微控制器，用于將所述溫度檢測電路采集的所述艾灸頭實 時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給所述微控制器。
[0017] 優(yōu)選的是，所述溫度檢測電路包括采集所述艾灸頭實時溫度的溫度傳感器，所述 溫度傳感器是熱敏電阻。
[0018] 優(yōu)選的是，所述溫度檢測電路還包括與所述熱敏電阻串聯(lián)的第一電阻，所述第一 電阻另一端連接電源。
[0019] 優(yōu)選的是，所述艾灸頭是陶瓷貼片。
[0020] 優(yōu)選的是，所述加熱裝置是功率電阻，所述功率電阻貼在所述艾灸頭上。
[0021 ]本實用新型至少包括以下有益效果：
[0022] 1)在艾灸頭上設(shè)有溫度傳感器，采集和檢測艾灸頭實時溫度反饋給微控制器，微 控制器控制PID(proportion integral derivative，比例-積分-微分控制器)控制器輸出 實時PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）占空比來控制M0S(Mosfet，絕緣柵型場 效應(yīng)管)管的通斷，進(jìn)而控制加熱裝置的開閉，實現(xiàn)對艾灸頭溫度的調(diào)節(jié)，具有溫度控制精 度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定度高的優(yōu)點。
[0023] 2)還包括連接到微控制器的薄膜按鍵裝置，用于設(shè)定電子艾灸儀目標(biāo)工作參數(shù)；
[0024] 3)還包括連接到微控制器的蜂鳴器，用于對電子艾灸儀實時工作參數(shù)與目標(biāo)工作 參數(shù)不同進(jìn)行報警；
[0025] 4)還包括連接到微控制器的LED燈，用于指示電子艾灸儀工作狀態(tài)；
[0026] 5)還包括連接到微控制器的顯示屏，用于顯示電子艾灸儀工作參數(shù)和工作狀態(tài)；
[0027] 6)主控單元還包括一端連接到溫度檢測電路、另一端連接到微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換 器，用于將溫度檢測電路采集的艾灸頭實時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給微控制器；
[0028] 7)溫度檢測電路包括采集艾灸頭實時溫度的溫度傳感器，溫度傳感器是熱敏電 阻，可實時精確測量艾灸頭的溫度；
[0029] 8)熱敏電阻與第一電阻串聯(lián)形成分壓電路，熱敏電阻與第一電阻的連接處作為輸 入電壓信號端，熱敏電阻的阻值隨著溫度的變化而變化，輸入電壓也隨之變化，根據(jù)查表 法，即可算出輸入電壓值對應(yīng)的溫度值；
[0030] 9)艾灸頭是陶瓷貼片，導(dǎo)熱均勻；
[0031] 10)加熱裝置是功率電阻，功率電阻貼在艾灸頭上，可對艾灸頭快速加熱。
[0032] 本實用新型的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過 對本實用新型的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖2為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀的PID控制算法流程圖；
[0035]圖3為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀溫度檢測電路的原理圖；
[0036]圖4為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀溫度控制單元的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明 書文字能夠據(jù)以實施。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"以及"包括"術(shù)語并不排除一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0039] 如圖1所示，本實用新型提供一種基于PID溫控的電子艾灸儀，包括:溫度檢測單元 10,其用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數(shù)據(jù)，溫度檢測單元包括加熱艾片的艾灸頭11、對 艾灸頭11實時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和檢測的溫度檢測電路12;溫度控制單元20,其用于調(diào)節(jié) 艾灸頭11的實時溫度;溫度控制單元20包括PID控制器21、PWM控制器22、M0S管23、用于加熱 艾灸頭11的加熱裝置24; PWM控制器22、M0S管23、加熱裝置24依次串聯(lián)連接;主控單元30，其 包括微控制器31;微控制器31分別與溫度檢測電路12、PID控制器21以及PWM控制器22連接； 上位機40，其連接到微控制器31;電源50，其分別連接到溫度檢測單元10、溫度控制單元20、 主控單元30以及上位機40，用于供電。
[0040] 上述實施方式中，微控制器31接收溫度檢測電路12采集和檢測艾灸頭11的實時溫 度數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出艾灸頭11的實時溫度，將艾灸頭11的實時溫度與微控制器31 的艾灸頭預(yù)存溫度發(fā)送給PID控制器21，PID控制器21結(jié)合PID控制算法，算出艾灸頭的實時 溫度和預(yù)存溫度之間的差值以及該差值對應(yīng)的加熱量，即實時PWM占空比，發(fā)送給微控制器 31，微控制器31將實時ΠΜ占空比發(fā)送給ΠΜ控制器22，以控制M0S管23的通與斷，從而控制 與M0S管Q1串聯(lián)的加熱裝置24的開啟和關(guān)閉，如圖4所示，實現(xiàn)艾灸頭11溫度的調(diào)節(jié)和控制。
[0041] 本實用新型提供的基于PID溫控的電子艾灸儀，在艾灸頭11上設(shè)有溫度檢測電路 12,采集和檢測艾灸頭11實時溫度反饋給微控制器31，微控制器31控制PID控制器21輸出實 時PWM占空比，以調(diào)節(jié)PWM控制器22,進(jìn)而控制M0S管的通斷、加熱裝置的開閉，實現(xiàn)對艾灸頭 11溫度的調(diào)節(jié)和控制，具有溫度控制精度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定度高的優(yōu)點。
[0042]上述實施方式中，電源50包括220V交流轉(zhuǎn)直流9V的第一電源模塊，用于給加熱裝 置24供電，電源50還包括直流9V轉(zhuǎn)直流3.3V的第二電源模塊，用于給主控單元30供電。 [0043] 上述實施方式中，微控制器31選擇STM8S105K4T6C。
[0044]上述實施方式中，PID控制器21的控制算法流程如圖2所示。PID控制算法是
，設(shè)艾灸頭11的實時溫度為(c(t))，艾灸頭11的預(yù)存溫度為(r (t))，則，艾灸頭11的實時溫度(c(t))與預(yù)存溫度(r(t))之間的溫度差為(e(t))，e(t)=r (t)-c(t)。微控制器31根據(jù)溫度差(e(t))作為PID算法的補償輸入，計算加熱裝置24的控制 量，即實時PWM占空比。當(dāng)艾灸頭11實時溫度沒有達(dá)到預(yù)存溫度時，通過PID算法計算出溫度 差(e(t))，微控制器31根據(jù)該溫度差（e(t))控制加熱裝置24的加熱量，即實時P麗占空比， 使艾灸頭11保持恒溫；當(dāng)艾灸頭11溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時，加熱裝置24減小或停止加熱，使 艾灸頭11的溫度自然冷卻降低即可。如此反復(fù)啟用PID控制算法，就可實現(xiàn)艾灸頭11的溫度 調(diào)節(jié)與控制。
[0045]作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于設(shè)定 電子艾灸儀目標(biāo)工作參數(shù)的薄膜按鍵裝置60，薄膜按鍵裝置60連接到微控制器31。電子艾 灸儀的工作參數(shù)包括工作溫度、工作時間，均可通過薄膜按鍵裝置60進(jìn)行設(shè)置。
[0046] 作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于對電 子艾灸儀實時工作參數(shù)與目標(biāo)工作參數(shù)不同進(jìn)行報警的蜂鳴器70,蜂鳴器70連接到微控制 器31。例如，艾灸頭11的實時工作溫度比預(yù)存溫度高2度，那么蜂鳴器70發(fā)出警報。
[0047] 作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于指示 電子艾灸儀工作狀態(tài)的LED燈80，LED燈80連接到微控制器311ED燈80用來指示電子艾灸頭 的工作狀態(tài)，當(dāng)儀器處于工作狀態(tài)時，LED燈80亮，當(dāng)儀器沒有處于工作狀態(tài)時，LED燈80滅。 [0048]作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于顯示 電子艾灸儀工作參數(shù)和工作狀態(tài)的顯示屏90,顯示屏90連接到微控制器31。顯示屏90可以 顯示電子艾灸儀的預(yù)存工作溫度、實時工作溫度、工作時間、工作狀態(tài)等信息。
[0049] 作為本實用新型的另一種實施方式，主控單元還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器32,模數(shù)轉(zhuǎn)換器 32-端連接到溫度檢測電路12、另一端連接到微控制器31，用于將溫度檢測電路12采集的 艾灸頭11實時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給微控制器31，模數(shù)轉(zhuǎn)換器32為微控制器31提 供識別和接收艾灸頭11實時溫度所需的數(shù)據(jù)格式。
[0050] 作為本實用新型的另一種實施方式，溫度檢測電路12包括采集艾灸頭11實時溫度 的溫度傳感器，溫度傳感器是熱敏電阻R T。優(yōu)選的是，熱敏電阻R T是高精度貼片N T C (Negative Temperature Coefficient，負(fù)溫度系數(shù))熱敏電阻，溫度檢測和控制范圍為38 。(:~65°C，高精度貼片NTC熱敏電阻RT，在25°C時的阻值為10K，B值為3950。高精度貼片NTC 熱敏電阻，采集溫度靈敏度高。
[0051] 作為本實用新型的另一種實施方式，溫度檢測電路12還包括與熱敏電阻RT串聯(lián)的 第一電阻R1，第一電阻R1另一端連接電源50。熱敏電阻RT與第一電阻R1的連接處作為輸入 電壓信號端，熱敏電阻RT的阻值隨著溫度的變化而變化，輸入電壓也隨之變化，根據(jù)查表 法，即可算出輸入電壓值對應(yīng)的溫度值。作為本實施方式的優(yōu)選，如圖3所述，熱敏電阻RT兩 端還并聯(lián)一個旁路電容C1，使得溫度檢測電路12具有更好的電磁兼容性。
[0052]作為本實用新型的另一種實施方式，艾灸頭11是陶瓷貼片，導(dǎo)熱均勻。
[0053]作為本實用新型的另一種實施方式，加熱裝置24是功率電阻，功率電阻貼在艾灸 頭11上，可對艾灸頭11快速加熱。
[0054]盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中 所列運用。它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言 可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實 用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項】
1. 一種基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，包括： 溫度檢測單元，其用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數(shù)據(jù)，所述溫度檢測單元包括加 熱艾片的艾灸頭、對所述艾灸頭實時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和檢測的溫度檢測電路； 溫度控制單元，其用于調(diào)節(jié)所述艾灸頭的實時溫度;所述溫度控制單元包括PID控制 器、Pmi控制器、MOS管、用于加熱所述艾灸頭的加熱裝置;所述HVM控制器、所述MOS管、所述 加熱裝置依次串聯(lián)連接； 主控單元，其包括微控制器;所述微控制器分別與溫度檢測電路、所述PID控制器以及 所述PffM控制器連接； 上位機，其連接到所述微控制器； 電源，其分別連接到所述溫度檢測單元、所述溫度控制單元、所述主控單元以及所述上 位機，用于供電。2. 如權(quán)利要求1所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于設(shè)定電子 艾灸儀目標(biāo)工作參數(shù)的薄膜按鍵裝置，所述薄膜按鍵裝置連接到所述微控制器。3. 如權(quán)利要求2所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于對電子艾 灸儀實時工作參數(shù)與目標(biāo)工作參數(shù)不同進(jìn)行報警的蜂鳴器，所述蜂鳴器連接到所述微控制 器。4. 如權(quán)利要求1所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于指示電子 艾灸儀工作狀態(tài)的LED燈，所述LED燈連接到所述微控制器。5. 如權(quán)利要求1所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于顯示電子 艾灸儀工作參數(shù)和工作狀態(tài)的顯示屏，所述顯示屏連接到所述微控制器。6. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述主控 單元還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器一端連接到所述溫度檢測電路、另一端連接到所 述微控制器，用于將所述溫度檢測電路采集的所述艾灸頭實時溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā) 送給所述微控制器。7. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述溫度 檢測電路包括采集所述艾灸頭實時溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器是熱敏電阻。8. 如權(quán)利要求7所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述溫度檢測電路還 包括與所述熱敏電阻串聯(lián)的第一電阻，所述第一電阻另一端連接電源。9. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述艾灸 頭是陶瓷貼片。10. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述加熱 裝置是功率電阻，所述功率電阻貼在所述艾灸頭上。
【文檔編號】A61H39/06GK205515519SQ201521116623
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月29日
【發(fā)明人】張龍, 陳建生, 姚文明, 高靜
【申請人】中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所