溫度控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及溫度控制技術領域，更為具體地，涉及一種溫度控制裝置。
【背景技術】
[0002]溫度控制器是指根據工作環境的溫度變化，在開關內部發生物理形變，從而產生某些特殊效應，產生導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備運行達到理想的溫度及節能效果，因此，其被廣泛的應用于家電、電機、制冷或制熱等眾多產品中。
[0003]目前主流的溫度控制器大多采用51系列單片機為主控制芯片，并通過外部的AD轉換器(Analog to digital Converter，模數轉換器，亦稱ADC)來檢測熱電偶回饋的溫度信號。目前通常使用12bit AD轉換芯片(即模數轉換芯片)或者MCU(Microcontroller Unit，微控制單元)內部自帶的8bit/12bit AD轉換芯片作為AD轉換器。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轉換芯片將模擬量轉化為12位的二進制數據量。由于12位的數據量換算成十進制數是4096，也就是模擬量被轉化為數據量的范圍是O?4095 ο在AD轉換過程中，轉化后的數據的位數越高，說明AD轉換的精度越高，轉換后的數據也就更能接近模擬量的波形。
[0004]然而，在目前所使用的AD轉換器中，12bitAD轉換芯片雖然轉換的精度較高，但相應的價格成本也較高，而MCU內部自帶的8bit/12bit AD轉換芯片雖然價格低，但其轉換精度又較差。
【實用新型內容】
[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，以解決現有的溫度控制裝置的AD轉換器的轉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行ADC轉換，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行采集，獲取第二溫度信號;輔助PID模塊根據第二溫度信號，獲取第二溫度信號與預設溫度值之間的偏差量;主PID模塊根據第一溫度信號、預設溫度值和偏差量，獲取控制量；執行模塊根據控制量進行溫度控制。
[0007]其中，溫度采集模塊進一步包括:電壓信號獲取單元，用于采用熱電偶獲取電信號，并采用運算放大器對獲取的電信號進行放大，獲取電壓信號并輸入到雙積分電路;轉換單元，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行ADC轉換，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，采用模擬開關以及雙運算放大器作為雙積分電路的載體對采集到的電壓信號進行ADC轉換。
[0010]其中，第一采樣周期為秒;第二采樣周期為Od秒。
[0011]其中，執行模塊采用雙向可控硅或者繼電器進行溫度控制。
[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行ADC轉換，然后通過雙路PID(即主PID模塊和輔助PID模塊)進行溫度控制。因此，即使采用分辨率較低的ADC轉換芯片也能夠實現高精度的AD轉換，從而實現高精度的溫度控制，進而從根本上解決轉換精度與價格成本之間存在的矛盾。
【附圖說明】

[0014]通過參考以下結合附圖的說明及權利要求書的內容，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果將更加明白及易于理解。在附圖中:
[0015]圖1為根據本實用新型實施例的溫度控制裝置的邏輯結構框圖。
[0016]在所有附圖中相同的標號指示相似或相應的特征或功能。
【具體實施方式】
[0017]以下將結合附圖對本實用新型的具體實施例進行詳細描述。
[0018]為了說明本實用新型提供的溫度控制裝置，圖1示出了根據本實用新型實施例的溫度控制裝置的邏輯結構。
[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;執行模塊130與溫度控制模塊120相連，用于根據溫度控制模塊所獲取的偏差量對溫度進行控制。
[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行ADC轉換，獲取溫度電壓信號并輸出。其中，溫度采集模塊110進一步包括:電壓信號獲取單元和轉換單元(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，并采用運算放大器對獲取的電信號進行放大，獲取電壓信號并輸入到雙積分電路;轉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行ADC轉換，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行ADC轉換，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，并采用運算放大器對獲取的電信號進行放大，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行ADC轉換，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等運算放大器器作為雙積分電路的載體，并結合⑶4066、CD4052或者⑶4053等模擬開關對采集到的電壓信號進行ADC轉換。
[0023]其中，雙積分電路主要由積分器、比較器、計數器和基準電壓組成，基于雙積分電路進行ADC轉換的過程具體為:通過模擬開關接通待轉換的模擬量Vi，并將該模擬量Vi采樣輸入到積分器，積分器從零開始進行固定時間T的正向積分，時間T到后，模擬開關再接通與模擬量極性相反的基準電壓，并將基準電壓輸入到積分器進行反向積分，計數器開始計數，直到輸出為OV時停止積分，而比較器輸出信號使計數器停止計數。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。計數器在反向積分時間內所計的數值就是模擬量Vi所對應的數字量，從而實現一次ADC轉換。
[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行采集，獲取第二溫度信號;輔助PID模塊122根據第二溫度信號，獲取第二溫度信號與預設溫度值之間的偏差量;主PID模塊121根據第一溫度信號、預設溫度值和偏差量，獲取控制量;執行模塊130根據控制量進行溫度控制。
[0025]具體地，由于雙積分電路的目的為了實現高精度的ADC轉換，雙積分電路主要負責采集溫度信號，其會把不斷變化的電壓量轉化為16Bit數字信號(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化的數字信號達到16Bit，所以其采集到的溫度電壓信號的分辨率可以達到0.01度以下。其中，在雙積分電路中，熱電偶微弱的電信號經過運算放大器轉換為電壓信號，因此雙積分電路ADC轉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所采集到的當前溫度與設定溫度值之間的偏差量，然后根據此偏差量進行相應的數字運算，獲取控制量，然后將控制量傳遞給執行模塊進行精確的溫度控制。由于雙向可控硅可以控制導通角，繼電器可以改變開和關的時間，因此，執行模塊130可以采用雙向可控硅或者繼電器進行溫度控制。
[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，然后傳遞給執行模塊130進行溫度控制。具體地，主PID模塊121以I?5秒的采樣周期對雙積分電路ADC轉換后的溫度電壓信號進行采集，輔助PID模塊122以0.1秒左右的采用周期對積分電路ADC轉換后的溫度電壓信號進行采集。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模塊的控制量進行修正。
[0027]具體地，由于輔助PID模塊122的運算速度遠高于主PID模塊121，因此，輔助PID模塊122會根據其獲取到的偏差量、溫度的變化率進行加速預估，從而盡快發現溫度控制裝置的控制偏差，然后以此對主PID模塊中的控制量進行修正，從而進一步提高溫度控制裝置的魯棒性和適應能力，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，進一步減小超調量和調節時間。
[0028]如上參照附圖以示例的方式描述了根據本實用新型的溫度控制裝置。但是，本領域技術人員應當理解，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【實用新型內容】的基礎上做出各種改進。因此，本實用新型的保護范圍應當由所附的權利要求書的內容確定。
【主權項】
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行ADC轉換，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行采集，獲取第二溫度信號； 所述輔助PID模塊根據所述第二溫度信號，獲取所述第二溫度信號與預設溫度值之間的偏差量； 所述主PID模塊根據所述第一溫度信號、所述預設溫度值和偏差量，獲取控制量； 所述執行模塊根據所述控制量進行溫度控制。2.如權利要求1所述的溫度控制裝置，其中，所述溫度采集模塊進一步包括: 電壓信號獲取單元，用于采用熱電偶獲取電信號，并采用運算放大器對獲取的電信號進行放大，獲取電壓信號并輸入到雙積分電路； 轉換單元，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行ADC轉換，獲取溫度電壓信號并輸出。3.如權利要求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.如權利要求2所述的溫度控制裝置，其中，采用模擬開關以及雙運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行ADC轉換。5.如權利要求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.如權利要求1所述的溫度控制裝置，其中， 所述執行模塊采用雙向可控硅或者繼電器進行溫度控制。7.如權利要求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行ADC轉換，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行采集，獲取第二溫度信號；輔助PID模塊根據第二溫度信號，獲取第二溫度信號與預設溫度值之間的偏差量；主PID模塊根據第一溫度信號、預設溫度值和偏差量，獲取控制量；執行模塊根據控制量進行溫度控制。通過本實用新型能夠實現低成本且高精度的溫度控制。
【IPC分類】G05D23/32
【公開號】CN205384533
【申請號】CN201521116302
【發明人】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