溫度控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種溫度控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度控制器是指根據(jù)工作環(huán)境的溫度變化，在開關(guān)內(nèi)部發(fā)生物理形變，從而產(chǎn)生某些特殊效應(yīng)，產(chǎn)生導(dǎo)通或者斷開動作的一系列自動控制元件。通過溫度控制器能夠使設(shè)備運(yùn)行達(dá)到理想的溫度及節(jié)能效果，因此，其被廣泛的應(yīng)用于家電、電機(jī)、制冷或制熱等眾多產(chǎn)品中。
[0003]目前主流的溫度控制器大多采用51系列單片機(jī)為主控制芯片，并通過外部的AD轉(zhuǎn)換器(Analog to digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，亦稱ADC)來檢測熱電偶回饋的溫度信號。目前通常使用12bit AD轉(zhuǎn)換芯片(即模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片)或者M(jìn)CU(Microcontroller Unit，微控制單元)內(nèi)部自帶的8bit/12bit AD轉(zhuǎn)換芯片作為AD轉(zhuǎn)換器。也就是說，主控制芯片采集到溫度信號(此時的信號為模擬量)，然后通過外部的12bit AD轉(zhuǎn)換芯片將模擬量轉(zhuǎn)化為12位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)量。由于12位的數(shù)據(jù)量換算成十進(jìn)制數(shù)是4096，也就是模擬量被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量的范圍是O?4095 ο在AD轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)的位數(shù)越高，說明AD轉(zhuǎn)換的精度越高，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)也就更能接近模擬量的波形。
[0004]然而，在目前所使用的AD轉(zhuǎn)換器中，12bitAD轉(zhuǎn)換芯片雖然轉(zhuǎn)換的精度較高，但相應(yīng)的價格成本也較高，而MCU內(nèi)部自帶的8bit/12bit AD轉(zhuǎn)換芯片雖然價格低，但其轉(zhuǎn)換精度又較差。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]鑒于上述問題，本實用新型的目的是提供一種溫度控制裝置，以解決現(xiàn)有的溫度控制裝置的AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與價格成本之間存在矛盾的問題。
[0006]本實用新型提供的溫度控制裝置包括溫度采集模塊、與溫度采集模塊相連的溫度控制模塊，以及與溫度控制模塊相連的執(zhí)行模塊;其中，溫度采集模塊基于雙積分電路對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出；溫度控制模塊包括主PID模塊和輔助PID模塊;其中，主PID模塊以第一采樣周期對溫度采集模塊輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第一溫度信號;輔助PID模塊以第二采樣周期對溫度采集模塊輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第二溫度信號;輔助PID模塊根據(jù)第二溫度信號，獲取第二溫度信號與預(yù)設(shè)溫度值之間的偏差量;主PID模塊根據(jù)第一溫度信號、預(yù)設(shè)溫度值和偏差量，獲取控制量；執(zhí)行模塊根據(jù)控制量進(jìn)行溫度控制。
[0007]其中，溫度采集模塊進(jìn)一步包括:電壓信號獲取單元，用于采用熱電偶獲取電信號，并采用運(yùn)算放大器對獲取的電信號進(jìn)行放大，獲取電壓信號并輸入到雙積分電路;轉(zhuǎn)換單元，用于采用雙積分電路將電壓信號獲取單元所獲取的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出。
[0008]其中，熱電偶采用J型、K型或者T型熱電偶。
[0009]其中，采用模擬開關(guān)以及雙運(yùn)算放大器作為雙積分電路的載體對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。
[0010]其中，第一采樣周期為秒;第二采樣周期為Od秒。
[0011]其中，執(zhí)行模塊采用雙向可控硅或者繼電器進(jìn)行溫度控制。
[0012]其中，溫度控制模塊采用8Bit、16Bit或者32Bit的M⑶作為載體，并通過所述主PID和輔助PID獲取控制量。
[0013]利用上述，根據(jù)本實用新型提供的溫度控制裝置，通過采用雙積分電路對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，然后通過雙路PID(即主PID模塊和輔助PID模塊)進(jìn)行溫度控制。因此，即使采用分辨率較低的ADC轉(zhuǎn)換芯片也能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的AD轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)高精度的溫度控制，進(jìn)而從根本上解決轉(zhuǎn)換精度與價格成本之間存在的矛盾。
【附圖說明】

[0014]通過參考以下結(jié)合附圖的說明及權(quán)利要求書的內(nèi)容，并且隨著對本實用新型的更全面理解，本實用新型的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中:
[0015]圖1為根據(jù)本實用新型實施例的溫度控制裝置的邏輯結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]在所有附圖中相同的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的特征或功能。
【具體實施方式】
[0017]以下將結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0018]為了說明本實用新型提供的溫度控制裝置，圖1示出了根據(jù)本實用新型實施例的溫度控制裝置的邏輯結(jié)構(gòu)。
[0019]如圖1所示，本實用新型提供的溫度控制裝置100包括溫度采集模塊110、溫度控制模塊120和執(zhí)行模塊130。其中，溫度采集模塊110與溫度控制模塊120相連，用于將采集到的溫度電壓信號傳送給溫度控制模塊120;執(zhí)行模塊130與溫度控制模塊120相連，用于根據(jù)溫度控制模塊所獲取的偏差量對溫度進(jìn)行控制。
[0020]具體地，溫度采集模塊110基于雙積分電路對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出。其中，溫度采集模塊110進(jìn)一步包括:電壓信號獲取單元和轉(zhuǎn)換單元(圖中均未示出)。電壓信號獲取單元用于采用熱電偶獲取電信號，并采用運(yùn)算放大器對獲取的電信號進(jìn)行放大，獲取電壓信號并輸入到雙積分電路;轉(zhuǎn)換單元用于采用雙積分電路將電壓信號獲取單元所獲取的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出。
[0021]也就是說，溫度采集模塊在基于雙積分電路對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出的過程中，首先采用熱電偶獲取電信號，并采用運(yùn)算放大器對獲取的電信號進(jìn)行放大，獲取電壓信號并輸入到雙積分電路，然后再采用雙積分電路將電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出。
[0022]其中，熱電偶采用J型、K型或者T型等廉金屬熱電偶;可以采用TL082、LM358等運(yùn)算放大器器作為雙積分電路的載體，并結(jié)合⑶4066、CD4052或者⑶4053等模擬開關(guān)對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。
[0023]其中，雙積分電路主要由積分器、比較器、計數(shù)器和基準(zhǔn)電壓組成，基于雙積分電路進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換的過程具體為:通過模擬開關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Vi，并將該模擬量Vi采樣輸入到積分器，積分器從零開始進(jìn)行固定時間T的正向積分，時間T到后，模擬開關(guān)再接通與模擬量極性相反的基準(zhǔn)電壓，并將基準(zhǔn)電壓輸入到積分器進(jìn)行反向積分，計數(shù)器開始計數(shù)，直到輸出為OV時停止積分，而比較器輸出信號使計數(shù)器停止計數(shù)。模擬量Vi越大，積分器輸出的電壓也越大，反向積分的時間也就越長。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值就是模擬量Vi所對應(yīng)的數(shù)字量，從而實現(xiàn)一次ADC轉(zhuǎn)換。
[0024]溫度控制模塊120用于獲取控制量，包括主PID模塊121和輔助PID模塊122，主PID模塊121以第一采樣周期對溫度采集模塊110輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第一溫度信號;輔助PID模塊122以第二采樣周期對溫度采集模塊110輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第二溫度信號;輔助PID模塊122根據(jù)第二溫度信號，獲取第二溫度信號與預(yù)設(shè)溫度值之間的偏差量;主PID模塊121根據(jù)第一溫度信號、預(yù)設(shè)溫度值和偏差量，獲取控制量;執(zhí)行模塊130根據(jù)控制量進(jìn)行溫度控制。
[0025]具體地，由于雙積分電路的目的為了實現(xiàn)高精度的ADC轉(zhuǎn)換，雙積分電路主要負(fù)責(zé)采集溫度信號，其會把不斷變化的電壓量轉(zhuǎn)化為16Bit數(shù)字信號(即溫度電壓信號)給溫度控制模塊。并且由于雙積分電路所轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號達(dá)到16Bit，所以其采集到的溫度電壓信號的分辨率可以達(dá)到0.01度以下。其中，在雙積分電路中，熱電偶微弱的電信號經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號，因此雙積分電路ADC轉(zhuǎn)換后的輸出即可作為溫度控制模塊120(主PID模塊和輔助PID模塊的輸入量)。溫度控制模塊120主要是獲取溫度采集模塊110所采集到的當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度值之間的偏差量，然后根據(jù)此偏差量進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字運(yùn)算，獲取控制量，然后將控制量傳遞給執(zhí)行模塊進(jìn)行精確的溫度控制。由于雙向可控硅可以控制導(dǎo)通角，繼電器可以改變開和關(guān)的時間，因此，執(zhí)行模塊130可以采用雙向可控硅或者繼電器進(jìn)行溫度控制。
[0026]其中，溫度控制模塊采用8Bit、16Bit或者32Bit的M⑶作為載體，并通過主PID和輔助PID來獲取控制量，然后傳遞給執(zhí)行模塊130進(jìn)行溫度控制。具體地，主PID模塊121以I?5秒的采樣周期對雙積分電路ADC轉(zhuǎn)換后的溫度電壓信號進(jìn)行采集，輔助PID模塊122以0.1秒左右的采用周期對積分電路ADC轉(zhuǎn)換后的溫度電壓信號進(jìn)行采集。也就是說，主PID模塊121的采樣周期大于輔助PID模塊122的采樣周期。如此，輔助PID模塊能夠不斷的對主PID模塊的控制量進(jìn)行修正。
[0027]具體地，由于輔助PID模塊122的運(yùn)算速度遠(yuǎn)高于主PID模塊121，因此，輔助PID模塊122會根據(jù)其獲取到的偏差量、溫度的變化率進(jìn)行加速預(yù)估，從而盡快發(fā)現(xiàn)溫度控制裝置的控制偏差，然后以此對主PID模塊中的控制量進(jìn)行修正，從而進(jìn)一步提高溫度控制裝置的魯棒性和適應(yīng)能力，在極大提高控制的精度的同時，也能夠使裝置在受到溫度影響時及時響應(yīng)，進(jìn)一步減小超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間。
[0028]如上參照附圖以示例的方式描述了根據(jù)本實用新型的溫度控制裝置。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于上述本實用新型所提出的溫度控制裝置，還可以在不脫離本【實用新型內(nèi)容】的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。
【主權(quán)項】
1.一種溫度控制裝置，包括溫度采集模塊、與所述溫度采集模塊相連的溫度控制模塊，以及與所述溫度控制模塊相連的執(zhí)行模塊;其中， 所述溫度采集模塊基于雙積分電路對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出； 所述溫度控制模塊用于獲取控制量，包括主PID模塊和輔助PID模塊;其中， 所述主PID模塊以第一采樣周期對所述溫度采集模塊輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第一溫度信號； 所述輔助PID模塊以第二采樣周期對所述溫度采集模塊輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第二溫度信號； 所述輔助PID模塊根據(jù)所述第二溫度信號，獲取所述第二溫度信號與預(yù)設(shè)溫度值之間的偏差量； 所述主PID模塊根據(jù)所述第一溫度信號、所述預(yù)設(shè)溫度值和偏差量，獲取控制量； 所述執(zhí)行模塊根據(jù)所述控制量進(jìn)行溫度控制。2.如權(quán)利要求1所述的溫度控制裝置，其中，所述溫度采集模塊進(jìn)一步包括: 電壓信號獲取單元，用于采用熱電偶獲取電信號，并采用運(yùn)算放大器對獲取的電信號進(jìn)行放大，獲取電壓信號并輸入到雙積分電路； 轉(zhuǎn)換單元，用于采用所述雙積分電路將所述電壓信號獲取單元所獲取的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出。3.如權(quán)利要求2所述的溫度控制裝置，其中，所述熱電偶采用J型、K型或者T型熱電偶。4.如權(quán)利要求2所述的溫度控制裝置，其中，采用模擬開關(guān)以及雙運(yùn)算放大器作為所述雙積分電路的載體對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。5.如權(quán)利要求1所述的溫度控制裝置，其中， 所述第一采樣周期為I?5秒； 所述第二采樣周期為0.1秒。6.如權(quán)利要求1所述的溫度控制裝置，其中， 所述執(zhí)行模塊采用雙向可控硅或者繼電器進(jìn)行溫度控制。7.如權(quán)利要求1所述的溫度控制裝置，其中， 所述溫度控制模塊采用8Bit、16Bit或者32Bit的MCU作為載體，并通過所述主PID和輔助PID獲取控制量。
【專利摘要】本實用新型提供一種本實用新型提供的溫度控制裝置包括溫度采集模塊、溫度控制模塊以及執(zhí)行模塊；其中，溫度采集模塊基于雙積分電路對采集到的電壓信號進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，獲取溫度電壓信號并輸出；溫度控制模塊用于獲取控制量，包括主PID模塊和輔助PID模塊；其中，主PID模塊以第一采樣周期對溫度采集模塊輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第一溫度信號；輔助PID模塊以第二采樣周期對溫度采集模塊輸出的溫度電壓信號進(jìn)行采集，獲取第二溫度信號；輔助PID模塊根據(jù)第二溫度信號，獲取第二溫度信號與預(yù)設(shè)溫度值之間的偏差量；主PID模塊根據(jù)第一溫度信號、預(yù)設(shè)溫度值和偏差量，獲取控制量；執(zhí)行模塊根據(jù)控制量進(jìn)行溫度控制。通過本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)低成本且高精度的溫度控制。
【IPC分類】G05D23/32
【公開號】CN205384533
【申請?zhí)枴緾N201521116302
【發(fā)明人】李建忠
【申請人】重慶依凱科技有限公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2015年12月29日