一種多輸入溫度控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多輸入溫度控制器。該溫度控制器包括主控器件、通道切換器件、采集器件和溫度輸出器件；主控器件分別連接通道切換器件、采集器件和溫度輸出器件，通道切換器件連接采集器件；采集器件包括第一恒流源、第二恒流源、第一二極管、第二二極管、第一濾波器、第二濾波器、運(yùn)算放大器、恒壓源和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。由于在采集器件中引入雙恒流源補(bǔ)償電路，能夠有效地適應(yīng)熱敏電阻、熱電偶、線性電壓等多種輸入方式，從而擴(kuò)大了溫度控制器的溫度采集范圍，能夠適用于多種應(yīng)用場合；同時本實(shí)用新型有獨(dú)立的操作面板，使用方便；此外，本實(shí)用新型還易于實(shí)現(xiàn)多通道采集且成本低廉，控制精度高。
【專利說明】—種多輸入溫度控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于溫度控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種多輸入溫度控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學(xué)過程都緊密地與溫度相聯(lián)系。在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)過程離不開溫度控制。溫度控制廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域，如家電、汽車、材料、電力電子等。溫度控制的精度以及不同控制對象的控制方法選擇都起著至關(guān)重要的作用。
[0003]溫度控制器以溫度作為被控制量，將采集到的溫度與所設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)從而完成溫度控制。隨著生產(chǎn)過程中效率的提升、技術(shù)要求更加嚴(yán)格，對溫度控制器也提出了更嚴(yán)格的要求，比如多通道同時控制、高控制精度、多種溫度信號輸入方式等。
[0004]溫度控制器的溫度精確采集過程離不開溫度傳感器，常用的溫度傳感器主要有四種類型:熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器，不同的溫度傳感器有不同的測量范圍與特點(diǎn)，比如熱敏電阻PT100其具有比較好的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，工作溫度范圍:-200°C?+650°C;熱電偶測量的溫度范圍廣，可以從_200°C?+1800°C，精度高，但靈敏度較低，易受環(huán)境干擾型號。
[0005]現(xiàn)有溫度控制器還普遍存在一些問題，如溫度控制范圍窄，造成一些特定的場合不能使用；溫度控制通道少或溫度控制通道多但成本高；溫度控制算法單一，不能有針對性地在某些特定工況下選擇特定的算法；無獨(dú)立的用戶操作面板，造成使用不便；溫度控制精度低，導(dǎo)致所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量下降等。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種多輸入溫度控制器，能夠有效地適應(yīng)熱敏電阻、熱電偶、線性電壓等多種輸入方式，從而擴(kuò)大了溫度控制器的溫度采集范圍；同時本實(shí)用新型有獨(dú)立的操作面板，使用方便；此外，本實(shí)用新型還易于實(shí)現(xiàn)多通道采集且成本低廉，控制精度高。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種多輸入溫度控制器，其特征在于，包括主控器件、通道切換器件、采集器件和溫度輸出器件；所述主控器件分別連接所述通道切換器件、所述采集器件和所述溫度輸出器件，所述通道切換器件連接所述采集器件；所述采集器件包括第一恒流源、第二恒流源、第一二極管、第二二極管、第一濾波器、第二濾波器、運(yùn)算放大器、恒壓源和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；所述第一恒流源的輸入端接地，輸出端連接所述第一二極管的陽極，所述第一二極管的陰極連接所述第一濾波器的輸入端，所述第一濾波器的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的正相輸入端；所述第二恒流源的輸入端接地，輸出端連接所述第二二極管的陽極，所述第二二極管的陰極連接所述第二濾波器的輸入端，所述第二濾波器的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的反相輸入端；所述運(yùn)算放大器的輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸出端連接所述主控器件；所述通道切換器件的輸出端分別連接所述第一二極管和所述第二二極管的陰極；所述運(yùn)算放大器的輸出端和參考電壓輸出端通過第一電阻連接，所述恒壓源的負(fù)極接地，正極通過第二電阻連接所述運(yùn)算放大器的參考電壓輸出端，所述恒壓源的正極還連接所述運(yùn)算放大器的低電平使能端。
[0008]優(yōu)選地，上述多輸入溫度控制器還包括與所述主控器件連接的室溫檢測器件。
[0009]優(yōu)選地，所述通道切換器件包括多個光耦繼電器，每個光耦繼電器的輸入端構(gòu)成一個輸入通道，所有光I禹繼電器的第一輸出端連接后引出，形成模擬信號輸出總線A,所有光耦繼電器的第二輸出端連接后引出，形成模擬信號輸出總線B，總線A和總線B連接所述采集器件的輸入端；所有光耦繼電器的控制端與所述主控器件連接。
[0010]優(yōu)選地，上述多輸入溫度控制器還包括分別與所述主控器件連接的操作器件和顯示器件。
[0011]優(yōu)選地，所述顯示器件為顯示屏，所述操作器件包括上、下、左、右四個方向按鍵，SET按鍵，以及BACK按鍵。
[0012]總體而言，通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0013]1、在采集器件中引入雙恒流源補(bǔ)償電路，能夠有效地適應(yīng)熱敏電阻、熱電偶、線性電壓等多種輸入方式，從而擴(kuò)大了溫度控制器的溫度采集范圍，能夠適用于多種應(yīng)用場合。
[0014]2、在通道切換器件中采用光耦繼電器實(shí)現(xiàn)采集通道的切換，切換速度快，可以使采集器件在短時間內(nèi)完成多路溫度采集；只需增加光耦繼電器的數(shù)量即可增加采集通道，易于實(shí)現(xiàn)多通道采集且成本低廉。
[0015]3、在采集器件中采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器，并通過操作面板選擇適應(yīng)工況的控制算法，由主控器件將采集器件中采集到的A/D值代入該控制算法進(jìn)行計算，輸出一定周期與占空比的PWM波，溫度控制精度高達(dá)±0.2% FS± TC (FS為滿量程)。
[0016]4、具有顯示屏與可操作按鍵，能方便地對通道溫度、通道參數(shù)(包括控制算法，通道的開關(guān)狀態(tài))、系統(tǒng)參數(shù)(包括通道的輸入方式)進(jìn)行設(shè)置，依據(jù)設(shè)置的參數(shù)對選中的通道進(jìn)行高精度的溫度控制，使用方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的多輸入溫度控制器的工作原理框圖；
[0018]圖2是通道切換器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是采集器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型另一個實(shí)施例的多輸入溫度控制器的工作原理框圖；
[0021]圖5是操作面板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:11_操作面板，12-顯示屏，13-上下左右方向按鍵，14-SET按鍵，15-BACK按鍵。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的多輸入溫度控制器包括設(shè)置在控制板上的主控器件、通道切換器件、采集器件、室溫檢測器件和溫度輸出器件。主控器件分別連接通道切換器件、采集器件、室溫檢測器件和溫度輸出器件，通道切換器件連接采集器件。通道切換器件包括多個輸入通道，每個輸入通道用于連接溫度采集器件，通道切換器件用于在主控器件的控制下逐一選通預(yù)定的輸入通道；其中，溫度采集器件具體為熱敏電阻、熱電偶或線性電壓器件。采集器件用于采集與選通的輸入通道連接的溫度采集器件輸入的模擬信號，并對其進(jìn)行濾波和A/D轉(zhuǎn)換后，將得到的數(shù)字信號輸出至主控器件；其中，當(dāng)輸入通道輸入的模擬信號來自三線熱敏電阻時，在對其進(jìn)行濾波和A/D轉(zhuǎn)換之前，還需要通過恒流源對其進(jìn)行補(bǔ)償，以去除三線熱敏電阻導(dǎo)線上的電阻對輸入信號的影響。
[0025]室溫檢測器件用于檢測室溫，并將其輸出至主控器件。主控器件用于控制通道切換器件逐一選通預(yù)定的輸入通道，還用于將來自采集器件的數(shù)字信號代入預(yù)定的控制算法進(jìn)行計算，得到PWM波并輸出；其中，在選通的輸入通道輸入的模擬信號來自熱電偶時，在將來自采集器件的數(shù)字信號代入預(yù)定的控制算法進(jìn)行計算之前，還需利用室溫檢測器件檢測的室溫對其進(jìn)行補(bǔ)償，以使其真實(shí)反映熱電偶測得的溫度值。控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，具體算法的選擇可根據(jù)溫度控制器的工況確定。主控器件可采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，具體可以是STM32F10X系列單片機(jī)(如CSTM32F101C8T6)等。
[0026]溫度輸出器件用于將主控器件輸出的PWM波轉(zhuǎn)換成脈沖信號，以驅(qū)動加熱器件完成加熱。
[0027]上述多輸入溫度控制器的工作原理為:將溫度采集器件與通道切換器件的輸入通道一一連接，主控器件根據(jù)外界輸入的操作指令，控制通道切換器件選通第一個輸入通道，采集器件采集與第一個輸入通道連接的溫度采集器件輸入的模擬信號。在與第一個輸入通道連接的溫度采集器件為熱電偶、線性電壓器件或不包含三線熱敏電阻在內(nèi)的熱敏電阻時，采集器件對熱電偶或線性電壓器件輸入的模擬信號進(jìn)行濾波和A/D轉(zhuǎn)換，將得到的數(shù)字信號輸出至主控器件；在與第一個輸入通道連接的溫度采集器件為三線熱敏電阻時，采集器件先通過恒流源對三線熱敏電阻輸入的模擬信號進(jìn)行補(bǔ)償，以去除三線熱敏電阻導(dǎo)線上的電阻對輸入信號的影響，再進(jìn)行濾波和A/D轉(zhuǎn)換，將得到的數(shù)字信號輸出至主控器件。在與第一個輸入通道連接的溫度采集器件為線性電壓器件或熱敏電阻時，主控器件將數(shù)字信號代入預(yù)定的控制算法進(jìn)行計算，得到PWM波并輸出；在與第一個輸入通道連接的溫度采集器件為熱電偶時，主控器件先利用室溫檢測器件檢測的室溫對數(shù)字信號進(jìn)行補(bǔ)償，以使其真實(shí)反映熱電偶測得的溫度值，再將補(bǔ)償后的數(shù)字信號代入預(yù)定的控制算法進(jìn)行計算，得到PWM波并輸出。溫度輸出器件將PWM波轉(zhuǎn)換成脈沖信號，驅(qū)動加熱器件完成加熱。隨后，主控器件根據(jù)外界輸入的操作指令，控制通道切換器件選通第二個輸入通道，溫度控制器開始下一輪溫度控制。
[0028]主控器件根據(jù)外界輸入的操作指令，控制通道切換器件逐一選通預(yù)定的輸入通道，并通過上述過程實(shí)現(xiàn)多通道、高精度(±0.2% FS±1°C )的溫度控制。
[0029]如圖2所示，通道切換器件包括多個光耦繼電器JF1，JF2，…，JFN，每個光耦繼電器的輸入端構(gòu)成一個輸入通道，用于連接溫度采集器件。所有光耦繼電器的第一輸出端連接后引出，形成模擬信號輸出總線A，所有光耦繼電器的第二輸出端連接后引出，形成模擬信號輸出總線B，A、B總線連接采集器件的輸入端。所有光耦繼電器的控制端與主控器件連接，可以通過主控器件控制各光耦繼電器的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)主控器件選通光耦繼電器JF2時，光I禹繼電器JF2的輸入端與輸出端導(dǎo)通,其它光I禹繼電器的輸入端與輸出端斷開,與光耦繼電器JF2的輸入端連接的溫度采集器件2輸出的模擬信號經(jīng)光耦繼電器JF2后，由A、B總線輸出至采集器件。
[0030]如圖3所示，采集器件包括第一恒流源CCSl、第二恒流源CCS2、第一二極管Dl、第二二極管D2、第一濾波器BP1、第二濾波器BP2、運(yùn)算放大器U1、恒壓源Vl和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置ADl0第一恒流源CCSl的輸入端接地，輸出端連接第一二極管Dl的陽極，第一二極管Dl的陰極連接第一濾波器BPl的輸入端，第一濾波器BPl的輸出端連接運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端3 ;第二恒流源CCS2的輸入端接地，輸出端連接第二二極管D2的陽極，第二二極管D2的陰極連接第二濾波器BP2的輸入端，第二濾波器BP2的輸出端連接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端2。運(yùn)算放大器Ul的輸出端6連接模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置ADl的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置ADl的輸出端連接主控器件。A、B總線分別連接第一二極管Dl和第二二極管D2的陰極。恒壓源Vl的負(fù)極接地，正極通過第二電阻R2連接運(yùn)算放大器Ul的參考電壓輸出端5，恒壓源Vl的正極還連接運(yùn)算放大器Ul的低電平使能端1，運(yùn)算放大器Ul的輸出端6和參考電壓輸出端5通過第一電阻Rl連接。
[0031]上述采集器件的工作原理為:第一二極管Dl和第二二極管D2保證總線A、B與第一恒流源CCSl和第二恒流源CCS2的輸出端之間單向?qū)?。在選中的通道切換器件的輸入通道連接的溫度采集器件為熱電偶、線性電壓器件或不包含三線熱敏電阻在內(nèi)的熱敏電阻時，第一恒流源CCSl和第二恒流源CCS2對由A、B總線輸入的模擬信號沒有影響；在選中的通道切換器件的輸入通道連接的溫度采集器件為三線熱敏電阻時，第一恒流源CCSl和第二恒流源CCS2對由A、B總線輸入的模擬信號進(jìn)行補(bǔ)償，以去除三線熱敏電阻導(dǎo)線上的電阻對輸入信號的影響。模擬信號經(jīng)第一濾波器BPl和第二濾波器BP2濾波后，經(jīng)運(yùn)算放大器放大，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置ADl將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出至主控器件。恒壓源Vl用于在輸入至運(yùn)算放大器Ul的濾波后的模擬信號被放大之前，對其進(jìn)行補(bǔ)償，以適應(yīng)負(fù)溫度信號的輸入。
[0032]如圖4所示，在本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例中，多輸入溫度控制器還包括設(shè)置在操作面板上的分別與主控器件連接的操作器件和顯示器件。操作器件用于對主控器件輸入操作指令(包括選通的輸入通道、輸入通道的選通次序、選取的控制算法、輸入通道的目標(biāo)溫度等)，顯示器件用于實(shí)時顯示與選通的輸入通道連接的溫度采集器件采集的溫度信息。
[0033]如圖5所示，在操作面板的一個實(shí)施方式中，操作面板11上的顯示器件為顯示屏12，操作器件包括上、下、左、右四個方向按鍵13，SET按鍵14，以及BACK按鍵15。其中，上、下、左、右四個方向按鍵13用于選擇待設(shè)置的目標(biāo)參數(shù)(如通道參數(shù)或系統(tǒng)參數(shù))；SET按鍵14用于確認(rèn)所設(shè)置的信息或進(jìn)入下一級菜單，BACK按鍵15用于退出設(shè)置或返回上一級菜單。
[0034]具體地，顯示屏12上可默認(rèn)顯示通道溫度(例如，〈CHN1-180XCHN2-165.5>)，通過方向按鍵13選中輸入通道后按下SET按鍵，顯示屏顯示當(dāng)前設(shè)定的溫度值與所選用的算法(例如，CHNl-CP:180-PID)，通過方向按鍵13選中CP后按下SET按鍵14，即可設(shè)置目標(biāo)溫度；選擇到算法上可以選擇系統(tǒng)內(nèi)部存儲的幾種算法，這樣可以有效地適應(yīng)工作環(huán)境，例如在系統(tǒng)模型不夠清晰的加熱環(huán)節(jié)可以用模糊PID控制算法。
[0035]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多輸入溫度控制器，其特征在于，包括主控器件、通道切換器件、采集器件和溫度輸出器件；所述主控器件分別連接所述通道切換器件、所述采集器件和所述溫度輸出器件，所述通道切換器件連接所述采集器件； 所述采集器件包括第一恒流源、第二恒流源、第一二極管、第二二極管、第一濾波器、第二濾波器、運(yùn)算放大器、恒壓源和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；所述第一恒流源的輸入端接地，輸出端連接所述第一二極管的陽極，所述第一二極管的陰極連接所述第一濾波器的輸入端，所述第一濾波器的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的正相輸入端；所述第二恒流源的輸入端接地，輸出端連接所述第二二極管的陽極，所述第二二極管的陰極連接所述第二濾波器的輸入端，所述第二濾波器的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的反相輸入端；所述運(yùn)算放大器的輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的輸出端連接所述主控器件；所述通道切換器件的輸出端分別連接所述第一二極管和所述第二二極管的陰極；所述運(yùn)算放大器的輸出端和參考電壓輸出端通過第一電阻連接，所述恒壓源的負(fù)極接地，正極通過第二電阻連接所述運(yùn)算放大器的參考電壓輸出端，所述恒壓源的正極還連接所述運(yùn)算放大器的低電平使能端。
2.如權(quán)利要求1所述的多輸入溫度控制器，其特征在于，還包括與所述主控器件連接的室溫檢測器件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多輸入溫度控制器，其特征在于，所述通道切換器件包括多個光稱繼電器，每個光稱繼電器的輸入端構(gòu)成一個輸入通道，所有光稱繼電器的第一輸出端連接后引出，形成模擬信號輸出總線A，所有光耦繼電器的第二輸出端連接后引出，形成模擬信號輸出總線B，總線A和總線B連接所述采集器件的輸入端；所有光耦繼電器的控制端與所述主控器件連接。
4.如權(quán)利要求1所述的多輸入溫度控制器，其特征在于，還包括分別與所述主控器件連接的操作器件和顯示器件。
5.如權(quán)利要求4所述的多輸入溫度控制器，其特征在于，所述顯示器件為顯示屏，所述操作器件包括上、下、左、右四個方向按鍵，SET按鍵，以及BACK按鍵。
【文檔編號】G05D23/24GK204028725SQ201420483927
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】陳建魁, 薛睿智, 黃真, 程又來, 肖德衛(wèi) 申請人:華中科技大學(xué)