霧化控制裝置及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種霧化控制裝置及控制方法，包括PIC單片機、溫度取樣電路、油泵驅動電路和電熱管驅動電路，所述溫度取樣電路、油泵驅動電路和電熱管驅動電路均與PIC單片機連接，所述溫度取樣電路還與電熱管驅動電路連接；電熱管驅動電路包括電熱管，所述電熱管內部設置電熱絲；溫度取樣電路采集電熱絲溫度，并將電熱絲溫度反饋至PIC單片機，PIC單片機通過PWM脈寬進行調節，然后通過引腳輸出功率至電熱管驅動電路，電熱絲快速升溫至基準溫度，PIC單片機通過油泵驅動電路驅動油泵工作，油泵通過管路抽取煙霧劑并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，然后煙霧劑經遇熱迅速膨脹霧化，再通過電熱管管口進行煙霧的噴射，PIC單片機通過內部PID調節器調節PWM脈寬占空比，進而調節輸出功率。
【專利說明】
霧化控制裝置及控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及霧化設備技術領域，尤其是一種霧化控制裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，傳統的煙霧機電加熱技術由于電熱絲大慣性、大時變、純滯后等非線性特性的存在，主要采用無反饋或者溫度開關切斷控制繼電器電源來達到改變加熱功率輸出的目的，傳統的煙霧機存在以下技術問題:一方面，煙霧機受儀表本身誤差和溫度開關電氣壽命的影響，通斷頻率較低，溫度波動范圍較大，另一方面，傳統煙霧機體積大，實際應用中需要使用交流電壓供電，同時，傳統煙霧機需要預熱才可以進行正常使用，無法隨身攜帶。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種霧化控制裝置及控制方法。
[0004]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0005]霧化控制裝置，包括PIC單片機、溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱管驅動電路，所述溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱管驅動電路均與PIC單片機連接，所述溫度取樣電路還與電熱管驅動電路連接;電熱管驅動電路包括電熱管，所述電熱管內部設置電熱絲；
[0006]溫度取樣電路采集電熱絲溫度，并將電熱絲溫度反饋至PIC單片機，PIC單片機通過PWM脈寬進行調節，然后通過引腳輸出功率至電熱管驅動電路，電熱絲快速升溫至基準溫度，然后，PIC單片機通過油栗驅動電路驅動油栗工作，油栗通過管路抽取煙霧劑并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，然后煙霧劑經遇熱迅速膨脹霧化，再通過電熱管管口進行煙霧的噴射，在煙霧噴射過程中，PIC單片機通過內部PID調節器調節PWM脈寬占空比，進而調節輸出功率，起到調節加熱絲溫度的作用，保證噴煙量相對恒定。
[0007]優選的，所述溫度取樣電路包括并聯的電壓源和電容C12，所述電壓源與電熱管串聯后接入PIC單片機采樣信號輸入引腳，所述電熱管外壁附著NTC熱敏電阻，且電熱管為中空管結構。通過將電熱管設置為中空管的結構，使得在低壓情況下以及不借助外力的情況下也可以進行噴霧。
[0008]溫度取樣電路采用精準電壓源TL431實現精準電壓取樣，將取樣獲取的電壓信號通過采樣信號輸入引腳輸入至PIC單片機進行處理，溫度取樣電路采集電熱管中心頻率，無需手動調節，具有較高的調節精度。
[0009]優選的，所述霧化控制裝置還包括無線接收電路，所述無線接收電路與PIC單片機的輸出引腳連接，無線接收電路與遠程媒體終端進行無線通信，遠程媒體終端通過無線接收電路對Pic單片機進行遠程控制。
[0010]優選的，所述電熱管壁附著電熱線，附著在電熱管壁的電熱線與電熱管壁絕緣不絕熱，且電熱管壁設置絕緣材料。所述電熱管可根據功率要求設計，即用戶可根據應用環境制作適合功率的電熱管，使用安全性較高。
[0011]實際應用時，需要大功率噴煙霧時:電熱管壁附著電熱線，所述電熱線與電熱管壁絕緣但不絕熱。通過將電熱線附著在電熱管壁，且電熱線與電熱管壁絕緣，可以實現大范圍煙霧噴射，同時，由于電熱管上沒有電壓，可以利用常規電壓標準或者其它電壓進行電路設計，實現高功率、低成本的電熱管驅動電路。
[0012]另外，電熱管結構可根據實際需求進行設計，通過附著在電熱管上的NTC熱敏電阻實現溫度數據的傳遞。電熱管與NTC熱敏電阻連接方式可根據實際情況采用并聯或者串聯的方式，連接方式多樣，實用性好。
[0013]優選的，所述霧化控制裝置還包括閥門，所述閥門設置于電熱管管口，通過設置閥門，實現了煙霧劑的分流，用戶可以根據實際需要調節閥門，進而改變煙霧劑的流向，實現多角度多功能方向噴霧。所述電熱管管口設置噴射頭，所述噴射頭端部設置若干噴射孔，且噴射頭上還設置流量調節旋鈕，所述流量調節旋鈕用于調節噴射孔孔徑，實現內部流量的調節，最終實現噴霧面積和噴霧距離的調節。
[0014]優選的，所述電熱管替換為電熱絲或火源發熱體。電熱絲和火源發熱體均為發熱材料。
[0015]優選的，所述霧化控制裝置還包括供電裝置，所述供電裝置采用直流或者交流寬電壓供電。通過采用直流或者交流寬電壓范圍供電，用戶根據電壓要求選擇適配型號，實現霧化控制裝置的移動使用。
[0016]基于上述霧化控制裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0017]步驟一:啟動PIC單片機，PIC單片機設定基準溫度，并通過HVM脈寬進行調制，PIC單片機引腳輸出功率至電熱管驅動電路，電熱絲快速升溫至基準溫度；用戶可對基準溫度自行調節；
[0018]步驟二:PIC單片機通過油栗驅動電路驅動油栗工作，油栗通過管路抽取煙霧劑并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，煙霧劑經遇熱迅速膨脹霧化，再通過電熱管管口進行煙霧的噴射；
[0019]步驟三:PIC單片機通過內部PID調節器調節PWM脈寬占空比，起到調節加熱絲溫度的作用，保證噴煙量相對恒定。
[0020]優選的，所述步驟二具體包括以下步驟:
[0021]PIC單片機引腳輸出HVM脈寬調制信號至油栗驅動電路，油栗根據HVM脈寬調制信號抽取煙霧劑，并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，由于電熱管內的電熱絲升溫至基準溫度，煙霧劑遇熱迅速膨脹霧化，形成煙霧，再通過電熱管管口進行煙霧噴射。
[0022]本發明的有益效果是:
[0023]1.本發明通過PIC單片機和溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱管驅動電路，實現對電熱管溫度的準確控制，PIC單片機通過PffM調制實現溫度控制，溫度波動范圍小，控制精確性高；
[0024]2.供電裝置采用直流或者交流寬電壓供電，用戶根據電壓要求選擇適配型號，實現霧化控制裝置的移動使用，因此，用戶不局限于傳統的交流電壓供電的方式，供電方式多樣；
[0025]2.通過采用NTC熱敏電阻作為測溫元件，具有穩定性好，測溫區域寬的優勢，通過采用PIC單片機，克服了常規補償誤差的缺點，具有軟啟動、基準穩定的效果；
[0026]3.本發明通過將電熱管設置為中空管結構，使得電熱管低壓情況下可以實現噴霧，同時，中空管結構使得噴霧無需借助外力，比如采用風扇吹或者人力吹的方式，實用性好，霧化效果較好；
[0027]4.通過在PIC單片機中預設基準溫度，通過改變油栗工作頻率實現噴霧量的控制，即實現了噴霧量的實時調節，同時，通過在噴射頭上設置流量調節旋鈕，實現噴射孔孔徑的調節，實現噴霧量的調節；
[0028]5.由于PIC單片機、溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱管驅動電路體積較小，可以使用低電壓，因此，霧化控制裝置可移動使用，若任一電路出現故障，對故障電路進行維修或者更換即可，不影響正常使用；
[0029]6.通過將電熱管管口設置噴射頭，且噴射頭上還設置流量調節旋鈕，通過安裝噴射頭和流量調節旋鈕，實現噴霧面積和噴霧距離的調節。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明提供的霧化控制裝置的電路圖；
[0031]圖2是本發明提供的電熱管結構示意圖；
[0032]圖3是本發明提供的霧化控制裝置PffM調制對應的溫度曲線；
[0033]其中，1.電熱管，2.電熱線。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0035]如圖1所示，霧化控制裝置，包括PIC單片機、溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱絲驅動電路，所述溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱絲驅動電路均與PIC單片機連接；
[0036]所述柱油栗驅動電路包括油栗、第一 MOS管Q2、第一三極管Q6和第二三極管Q7，所述油栗與第一 MOS管Q2漏極連接，所述第一 MOS管Q2柵極與第一三極管Q6集電極連接，第一三極管Q6與第二三極管Q7集電極連接，第二三極管Q7基極與PIC單片機輸入驅動引腳連接；
[0037]所述電熱絲驅動電路包括第二MOS管Ql、第三三極管Q5和第四三極管Q4，電熱管與第二 MOS管Ql漏極連接，所述第二 MOS管Ql柵極與第三三極管Q5集電極連接，第三三極管Q5基極與第四三極管Q4集電極連接，第四三極管Q4基極與PIC單片機輸出引腳連接。
[0038]所述溫度取樣電路，包括并聯的電壓源和電容C12，所述電壓源與電熱管串聯后接入PIC單片機采樣信號輸入引腳，所述電熱管為中空管結構，且電熱管壁設置電熱線。
[0039]溫度取樣電路采用精準電壓源TL431實現精準電壓取樣，將取樣獲取的電壓信號通過采樣信號輸入引腳輸入至PIC單片機進行處理，溫度取樣電路采集電熱管中心頻率，無需手動調節，具有較高的調節精度。
[0040]所述電熱管壁附著電熱線，附著在電熱管壁電熱線與電熱管壁絕緣，且電熱管壁設置絕緣材料。如圖2所示，通過將電熱線附著在電熱管壁，且電熱線與電熱管壁絕緣不絕熱，可實現大功率次大范圍煙霧噴射。若將電熱絲直接接通安全電壓，該方式實現了小功率小范圍噴霧，同時，由于電熱管上均為安全電壓，電熱絲驅動電路可以實現小體積、移動性好的設計要求。
[0041 ]基于上述霧化控制裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0042]步驟一:啟動PIC單片機，PIC單片機根據功率和煙霧劑類型設定基準溫度，并通過PWM脈寬進行調制，PIC單片機引腳輸出功率至電熱管驅動電路，電熱絲快速升溫至基準溫度；用戶可對基準溫度自行調節；
[0043]步驟二:PIC單片機通過油栗驅動電路驅動油栗工作，油栗通過管路抽取煙霧劑并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，煙霧劑經遇熱迅速膨脹霧化，再通過電熱管管口進行煙霧的噴射；
[0044]步驟三:PIC單片機通過內部PID調節器調節PWM脈寬占空比，起到調節加熱絲溫度的作用，保證噴煙量相對恒定。
[0045]具體的，所述步驟二具體包括以下步驟:
[0046]PIC單片機引腳輸出HVM脈寬調制信號至油栗驅動電路，油栗根據HVM脈寬調制信號抽取煙霧劑，并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，由于電熱管內的電熱絲升溫至基準溫度，煙霧劑遇熱迅速膨脹霧化，形成煙霧，再通過電熱管管口進行煙霧噴射。
[0047]Pmi脈寬占空比越大，表明PIC單片機引腳輸出的頻率越高，由于油栗在不同的功率驅動下抽取速度不同，當油栗在高頻率引腳的驅動下，油栗抽取煙霧劑速度越快，抽取的煙霧劑的量越大，煙霧劑流通至電熱管內部預熱霧化產生的煙霧量就大。
[0048]PIC單片機預設基準溫度，通過改變油栗工作頻率實現噴霧量的控制，實際應用中，油栗工作頻率越高，電熱管功率越大，同時，基準溫度越高，噴霧需求量大。如圖1所示，第一 MOS管Q2屬于電壓控制型器件，由于油栗的工作周期為50Hz，周期20ms，所以PIC單片機引腳的高電平驅動時間為10ms，此時第一三極管Q6導通，第二三極管Q7不導通，第一 MOS管Q2導通，通過改變PIC單片機引腳低電平的驅動時間，改變油栗的工作頻率，就能實時調節霧化控制裝置的噴霧量。
[0049]實施例:
[0050]下面結合實施例說明PIC單片機的煙霧調節和溫度調節過程
[0051]PIC單片機運行參數如下:PIC芯片內置PID調節器比例參數為P，PID調節器參數積分時間初值為I，將PIC芯片與顯示器連接，顯示器實時顯示溫度取樣電路采集的溫度數據，并將溫度數據通過溫度曲線進行實時顯示。
[0052]首先，進行比例參數P的調試，設定PID參數初值為I為無窮大，具體實驗將I設置為9999，d = 0，P= I，使PID成為一個純比例算法，此時改變P數值，通過顯示器觀察溫度取樣電路采集采集的溫度數據，直到溫度曲線呈衰減振蕩，過渡時間較短，得到合適的比例帶，確定比例系數P為7。
[0053]積分時間1:積分作用消除霧化控制裝置的穩態誤差。在比例系數P—定的情況下，積分時間I越小，積分作用越強，I過小有可能使霧化控制裝置不穩定，因此，設定初始積分時間為100s，通過大量實驗，霧化控制裝置出現明顯延遲，因此，I應選擇合適的值，最后確定積分時間I為50s。
[0054]經過大量實驗，本系統不采用微分調節。
[0055]霧化控制裝置中，采用電熱管內部設置電熱線的結構，且電熱線與電熱管內壁絕緣。實際應用中，電熱管可替換為下述發熱材料，例如:電熱絲或者火源發熱體。
[0056]PIC單片機通過溫度取樣電路獲取電熱管溫度數據，并根據溫度數據繪制溫度曲線。由于電熱管內部流通煙霧劑，電熱管壁設置電熱線，電熱線溫度變化同時電熱管溫度實時變化，如圖3所示，圖3下圖表示理想狀態下的電熱管溫度曲線，上圖為本發明提供的霧化控制裝置獲取的溫度曲線，實際應用中，工作人員根據設備功率等級設定基準溫度，PIC單片機通過電熱管獲取反饋溫度，并將所述反饋溫度與基準溫度作差，獲取反饋溫度與基準溫度的差值，所述差值即為溫度容差，PIC單片機通過溫度容差進行PffM占空比的實時調節。由圖看出，本發明提供的溫度曲線呈衰減振蕩，且后期振蕩范圍較小。當基準溫度與反饋溫度相差很小時，霧化控制裝置的PWM脈寬占空比的輸出幾乎為零，因為沒有必要進行大功率加熱，當基準溫度與反饋溫度相差很大時，為了實現滿負荷運行以達到基準溫度，霧化控制裝置的輸出占空比接近為I，即霧化控制裝置的溫度曲線接近理想狀態下的溫度曲線。
[0057]本發明采用HVM脈寬調制技術，減弱了傳統霧化控制過程中存在的溫度波動大的問題，使煙霧劑的溫度保持在一定的區間范圍內，繼而使得電熱管管口的噴霧量穩定，實際應用中舒適度更高，同時，由于溫度波動范圍小，使得霧化更加充分和穩定。
[0058]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1.霧化控制裝置，其特征是，包括Pic單片機、溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱管驅動電路，所述溫度取樣電路、油栗驅動電路和電熱管驅動電路均與Pic單片機連接，所述溫度取樣電路還與電熱管驅動電路連接；電熱管驅動電路包括電熱管，所述電熱管內部設置電熱絲； 溫度取樣電路采集電熱絲溫度，并將電熱絲溫度反饋至Pic單片機，PIC單片機通過PWM脈寬進行調節，然后通過引腳輸出功率至電熱管驅動電路，電熱絲快速升溫至基準溫度，然后，PIC單片機通過油栗驅動電路驅動油栗工作，油栗通過管路抽取煙霧劑并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，然后煙霧劑經遇熱迅速膨脹霧化，再通過電熱管管口進行煙霧的噴射，在煙霧噴射過程中，PIC單片機通過內部PID調節器調節PWM脈寬占空比，進而調節輸出功率，起到調節加熱絲溫度的作用，保證噴煙量相對恒定。2.如權利要求1所述的霧化控制裝置，其特征是，所述溫度取樣電路包括并聯的電壓源和電容C12，所述電壓源與電熱管串聯后接入PIC單片機采樣信號輸入引腳，所述電熱管外壁附著NTC熱敏電阻，且電熱管為中空管結構。3.如權利要求2所述的霧化控制裝置，其特征是，所述霧化控制裝置還包括無線接收電路，所述無線接收電路與PIC單片機的輸出引腳連接，無線接收電路與遠程媒體終端進行無線通信，遠程媒體終端通過無線接收電路對PIC單片機進行遠程控制。4.如權利要求1所述的霧化控制裝置，其特征是，所述電熱管壁附著電熱線，附著在電熱管壁的電熱線與電熱管壁絕緣不絕熱，且電熱管壁設置絕緣材料。5.如權利要求1所述的霧化控制裝置，其特征是，所述霧化控制裝置還包括閥門，所述閥門設置于電熱管管口。6.如權利要求1所述的霧化控制裝置，其特征是，所述電熱管管口設置噴射頭，所述噴射頭端部設置若干噴射孔，且噴射頭上還設置流量調節旋鈕，所述流量調節旋鈕用于調節噴射孔孔徑，實現內部流量的調節。7.如權利要求6所述的霧化控制裝置，其特征是，所述電熱管替換為電熱絲或火源發熱體。8.如權利要求1所述的霧化控制裝置，其特征是，所述霧化控制裝置還包括供電裝置，所述供電裝置采用直流或者交流寬電壓供電。9.基于權利要求1至8任一所述的霧化控制裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:啟動PIC單片機，PIC單片機設定基準溫度，并通過PWM脈寬進行調制，PIC單片機引腳輸出功率至電熱管驅動電路，電熱絲快速升溫至基準溫度;用戶可對基準溫度自行調節； 步驟二: PIC單片機通過油栗驅動電路驅動油栗工作，油栗通過管路抽取煙霧劑并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，煙霧劑經遇熱迅速膨脹霧化，再通過電熱管管口進行煙霧的噴射； 步驟三:PIC單片機通過內部PID調節器調節PffM脈寬占空比，起到調節加熱絲溫度的作用，保證噴煙量相對恒定。10.如權利要求9所述的霧化控制方法，其特征是，所述步驟二具體包括以下步驟: PIC單片機引腳輸出PWM脈寬調制信號至油栗驅動電路，油栗根據PWM脈寬調制信號抽取煙霧劑，并將煙霧劑傳輸至電熱管內部，由于電熱管內的電熱絲升溫至基準溫度，煙霧劑遇熱迅速膨脹霧化，形成煙霧，再通過電熱管管口進行煙霧噴射。
【文檔編號】B05B9/04GK106040469SQ201610498556
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】趙善祥, 趙學寬, 趙光亮, 劉玉彥
【申請人】青島凌鼎智能科技有限公司