一種石墨電熱板溫度控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種石墨電熱板溫度控制裝置，屬于儀器設備自動控制領域。主控制器模塊分別與溫度采集模塊、溫度控制模塊、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊、電源模塊相連；溫度采集模塊中包含一個抗干擾輔助電路，為溫度測量信號調節(jié)放大芯片提供穩(wěn)定的電源電壓和參考電壓；電源模塊為集成雙電源設計，分別為溫度控制模塊和溫度控制模塊之外的模塊提供電源。能有效提高石墨電熱板度測量的可靠性、溫度控制的準確性、加快溫控平衡速度、減少繼電器頻繁開關，提高繼電器使用壽命。
【專利說明】一種石墨電熱板溫度控制裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及儀器設備自動控制領域，尤其提供了一種石墨電熱板溫度控制裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有各種實驗室用的電加熱板，其中石墨電熱板最受消費者歡迎。石墨電熱板具有面板米用耐酸喊、耐聞溫的聞純度石墨材料，專為實驗室量身定做；具有加熱面積大，能同時處理多個樣品；各加熱點溫度均勻；升溫速度快；耐用，作為工業(yè)上用于加熱，它還具有連續(xù)工作時間長，可持續(xù)工作48小時以上的特點。但目前市面上的石墨電熱板采用普通溫控儀，存在溫度測量不夠準確、溫度測量范圍有限、溫度控制算法簡單和溫控平衡時間長等缺陷。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是針對【背景技術】中的缺點和不足，為石墨電熱板提供一種性能穩(wěn)定可靠、溫度控制準確、溫控平衡時間短的數(shù)字式溫度控制裝置。
[0004]本實用新型的技術方案是:一種石墨電熱板溫度控制裝置，控制裝置包括以下模塊:主控制器模塊、溫度采集模塊、溫度控制模塊、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊、電源模塊。
[0005]所述主控制器模塊采用增強型C8051F410芯片作為控制器。C8051F410作為與51系列單片機完全兼容的增強型，繼承了 51單片機的所有優(yōu)點，且內部集成了數(shù)據采集與控制系統(tǒng)所需的幾乎所有的模擬與數(shù)字外設。
[0006]所述溫度采集模塊的整體技術方案是:采用K型熱電偶測量石墨電熱板的溫度，選用AD849X芯片進行溫度信號的調節(jié)放大。選用C8051F410內部12位A/D進行數(shù)值轉換，電路簡單實用。通過設計抗干擾輔助電路為AD849X芯片提供穩(wěn)定的電源電壓和參考電壓，提高溫度測量穩(wěn)定性。
[0007]所述溫度控制模塊的技術方案是:基于PWM脈沖寬度調制技術，采用分段式數(shù)字PID算法和抗積分飽和PID算法實現(xiàn)石墨電熱板的精確溫度控制，即通過PWM脈沖寬度調節(jié)繼電器的通斷時間，繼電器的通斷時間調節(jié)石墨電熱板的加熱時間，其中PWM脈沖寬度的計算由分段式數(shù)字PID算法和抗積分飽和PID算法綜合實現(xiàn)。PWM脈沖寬度體現(xiàn)為PWM脈沖的占空比，占比高表示脈沖高電平時間長，否則高電平時間短。由于溫度控制系統(tǒng)控制的石墨電熱板具有慣性較大的特點，熱量傳遞的時候也有阻力，所以將它歸于具有純滯后的慣性環(huán)節(jié)。對于這種存在大的滯后特性的過渡過程控制，采用以下控制方案:使用采集到的實際溫度與期望溫度進行PID (比例積分微分)運算，結果計為占空比K，編寫單片機軟件產生占空比為K的PWM(Pulse_Width Modulation,脈寬調制)脈沖信號控制繼電器的通斷時間，繼而繼電器控制石墨電熱板中的電熱絲的通電時間，以達到控制精準加熱的目的。
[0008]所述按鍵模塊包括四個按鍵，分別為編號為按鍵O、按鍵1、按鍵2和按鍵3，通過按鍵組合方式，實現(xiàn)進入溫度設定模式、退出溫度設定模式、期望溫度設定位左移、期望溫度設定位右移、設定溫度加1、設定溫度減1、解除溫度報警的功能。
[0009]所述顯示模塊顯示采用兩組8位LED數(shù)碼管顯示。因為顯示的內容只有數(shù)字，從實現(xiàn)的復雜度及成本考慮，都不需要選用液晶顯示。第一組8位數(shù)碼管顯示期望溫度，即設定溫度，另一組8位數(shù)碼管顯示實際溫度。
[0010]所述報警模塊技術方案是通過C8051F410芯片的I/O 口控制一個三極管的通斷，三極管集電極與電源之間連接報警蜂鳴器，當三極管接通時，蜂鳴器發(fā)出聲音，達到報警目的。所述報警模塊的功能包括超限報警，即石墨電熱板的測量溫度超過設定溫度值20攝氏度時發(fā)出超限報警，蜂鳴器發(fā)出急促的“滴滴滴”報警聲音，此時若有按鍵按下，或溫度已回落到設定溫度以下時超限報警取消；定時報警，即設定的加熱時間結束時，溫度控制器停止石墨電熱板加熱，同時報警器發(fā)出間斷的“滴滴”報警聲音，持續(xù)51秒。
[0011]所述電源模塊輸入220V交流市電，電源設計主要包括變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個部分。所述電源模塊提供兩組直流電源輸出，一組大小為3V至12V，供給溫度控制模塊，另一組大小為5V，供給溫度控制模塊之外的模塊。
[0012]本實用新型的有益效果是:基于PWM脈沖寬度調制技術，采用分段式數(shù)字PID算法和抗積分飽和PID算法實現(xiàn)石墨電熱板的溫度控制，通過分段式數(shù)字PID算法減少繼電器的頻繁開關，提高繼電器的使用壽命，通過抗積分飽和PID算法克服積分飽和危害，減少溫控平衡時間；通過設計抗干擾輔助電路為溫度測量信號的調節(jié)放大芯片提供穩(wěn)定的電源電壓和參考電壓，提高溫度測量穩(wěn)定性；集成雙電源設計，分別為溫度控制模塊和溫度控制模塊之外的其它模塊提供電源。本實用新型為石墨電熱板提供一種性能穩(wěn)定可靠、溫度控制準確、溫控平衡時間短的分段式數(shù)字溫度控制裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的總體系統(tǒng)方框圖；
[0014]圖2為本實用新型的主控制器電路原理圖；
[0015]圖3為本實用新型的溫度采集模塊電路原理圖；
[0016]圖4為本實用新型的溫度控制模塊電路原理圖；
[0017]圖5為本實用新型的按鍵模塊電路原理圖；
[0018]圖6為本實用新型的顯示模塊電路原理圖；
[0019]圖7為本實用新型的報警模塊電路原理圖；
[0020]圖8為本實用新型的電源模塊電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]由圖1可知，本實用新型由主控制器模塊、溫度采集模塊、溫度控制模塊、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊、電源模塊組成。主控制器模塊采用增強型C8051F410芯片作為控制器，執(zhí)行溫度采集、溫度控制、按鍵設置、溫度信息顯示、報警功能。
[0022]圖2為本實用新型主控制器模塊的電路原理圖，圖中C8051F410芯片為單片機；R22和C12組成復位電路，RESET復位信號連接C8051F410芯片的第2腳；FM24C02是存儲芯片，SCL和SDA是信號線，分別連接C8051F410的第20腳和19腳，F(xiàn)M24C02與R41、R42及C15組成主控制器的存儲單元，實現(xiàn)設定信息(包括設定溫度、加熱時間信息的存儲)的存儲；圖中電容C11、C15、C16、C17和C18都是起到濾波作用；圖中XS4是一個4針接口，接口一端的信號線TXD和RXD分別連接C8051F410芯片的第20腳和19腳，接口另一端可連接計算機串口，實現(xiàn)程序下載和調試；C8051F410芯片其它引腳功能與連接可參下面其它相應模塊的說明。
[0023]本實用新型的溫度采集模塊電路原理圖如圖3所示，圖中XSl是一個2針接口，用于外接熱電偶；熱電偶采集的溫度信號送入放大器AD849X的第I腳和第8腳，經過放大器AD849X調節(jié)和放大后從第6腳輸出，并接入C8051F410芯片的第23腳；圖中電容C8、C24和電感L1、L2組成抗干擾輔助電路，電路一端連接5V電源，即圖中VCC_5V端子，通過C8濾波和L2隔離后從電路的另一端輸出，即圖中VCC_5V_temp端子，VCC_5V_temp端子還通過電容C24接地濾波，VCC_5V_temp端子為放大器AD849X提供穩(wěn)定的5V電源電壓；電源地通過電感LI隔離后作為放大器AD849X的參考電壓，有效防止電源地的信號干擾，提高溫度測量穩(wěn)定性。
[0024]本實用新型的溫度控制模塊電路原理圖如圖4所示，圖中Relay_ctrl是繼電器控制信號，來自C8051F410芯片的第17腳；D1是光耦，起到隔離C8051F410芯片與繼電器的作用；XS2為繼電器接線端口 ；Vout2+與Vout2-為繼電器提供3V至12V的工作電壓；V1為一開關三極管，受光耦Dl的控制，如果Relay_Ctrl為高電平，開關三極管Vl導通，繼電器打開，石墨電熱板加熱絲通電加熱；否則開關三極管截止，繼電器關閉，石墨電熱板加熱絲斷電，停止加熱；D12為一保護二極管，如果Vout2+與Vout2-反接，則D12將繼電器接線端口鉗位在0.7V左右，防止繼電器反向擊穿。
[0025]本實用新型的按鍵模塊電路原理圖如圖5所示，圖中K1，K2，K3和Κ4為四個按鍵，四個按鍵的一端連接正5V電源，另一端分別通過電阻R34，R39，R44，R47連接C8051F410芯片的第25、26、27和28引腳；圖中電容C13、C14、C19和C21用于按鍵消抖。
[0026]本實用新型的顯示模塊電路原理圖如圖6所示，圖中U5和U6是兩個8位數(shù)碼管，分別用于顯示設定的期望溫度和實際的測量溫度；U10是74LS138三八譯碼器，74LS138三八譯碼器的輸入端A0，Al和A2分別連接C8051F410芯片的第29,30和31引腳；U3，U4，U7，U8，Ull, U12，U13和U14是PNP型開關三極管，受74LS138三八譯碼器的控制，基極連接74LS138三八譯碼器的輸出端，射極接+5V電源，集電極連接8位數(shù)碼管的位選端；數(shù)碼管是以掃描形式工作，段選信號接在C8051F410芯片的Pl 口，位選信號通過開管三極管與74LS138三八譯碼器的輸出端。
[0027]本實用新型的報警模塊電路原理圖如圖7所示，圖中BZl是蜂鳴器，蜂鳴器的正端接+5V的電源，負端接開關三極管Vll的集電極；開關三極管Vll的基極通過電阻R43與C8051F410芯片的第18引腳連接，圖中Buzzer是連接信號線，如果Buzzer是高電平，則開關三極管Vll導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲，否則蜂鳴器關閉。
[0028]本實用新型集成雙電源設計，電源模塊電路原理圖如圖8所示，圖中XS3是連接220V交流市電的雙引腳接口 ；U2是單輸入雙輸出的交流變壓器；交流變壓器的輸入端2和3分別通過XS3接口的雙引腳連接220V交流市電的兩端；交流變壓器的輸入端2和3之間還連接有防雷電阻R7 ;交流變壓器的輸出端7和8輸出第一組交流低壓電源，這一組交流低壓電源通過橋式整流和電容濾波后得到一組3V至12V的直流電源，并通過Vout2+和Vout2-送入到繼電器控制模塊；交流變壓器的輸出端4和6輸出第二組交流低壓電源，這一組交流低壓電源通過橋式整流和電容濾波后得到一組6V至IOV的直流電源，再通過MC7805穩(wěn)壓管輸出5V直流電壓，輸出的5V直流電壓分別供給控制器模塊、溫度采集模塊、溫度控制模塊、按鍵模塊、顯示模塊和報警模塊。
[0029]以上結合附圖實施示例對本實用新型進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本實用新型做出種種變化例。因此，實施示例中的某些細節(jié)不應構成對實用新型的限定，本實用新型將以所附權利要求書界定的范圍作為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種石墨電熱板溫度控制裝置，其特征在于，包括主控制器模塊、溫度采集模塊、溫度控制模塊、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊和電源模塊； 所述溫度采集模塊采集石墨電熱板溫度并送入主控制器模塊； 所述主控制器模塊通過溫度控制模塊調節(jié)石墨電熱板的溫度； 所述溫度采集模塊中包括一個抗干擾輔助電路，為溫度測量信號調節(jié)放大芯片提供穩(wěn)定的電源電壓和參考電壓； 所述電源模塊為集成雙電源設計，分別為溫度控制模塊和溫度控制模塊之外的模塊提供電源。
【文檔編號】G05D23/22GK203520193SQ201320486402
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權日:2013年8月12日
【發(fā)明者】張敬, 劉裕凌, 喻紅超, 沈樊惠 申請人:長沙思強自動化科技有限公司