專利名稱：一種近紅外光譜樣品加熱控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樣品加熱控制器，特別是一種近紅外光譜樣品加熱控制器。
背景技術(shù)：
近紅外光譜儀(Near Infrared, NIR)是介于可見光(Vis)和中紅外(MIR)之間的電磁輻射波，美國材料檢測協(xié)會(ASTM)將近紅外光譜區(qū)定義為780-25^nm的區(qū)域，是人們在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)非可見光區(qū)。近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(0Η、ΝΗ、 CH)振動的合頻和各級倍頻的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息，而且利用近紅外光譜技術(shù)分析樣品具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)受到越來越多人的青睞。近紅外光譜分析技術(shù)經(jīng)過了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程現(xiàn)已經(jīng)成為新世紀(jì)里的最有應(yīng)用前途的分析技術(shù)之一，許多國家現(xiàn)已建立了專門的科研力量進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域儀器設(shè)備的研發(fā)，降低儀器成本且保持足夠的分析性能成為當(dāng)今近紅外儀器研制的主導(dǎo)方向。然而，由于近紅外光譜段吸收譜極復(fù)雜，信號比較弱，被廣泛用于各行精準(zhǔn)檢測的推進(jìn)速度總是很遲緩，而且現(xiàn)有近紅外光譜無配套加熱器，即使有外加熱器，但是這些加熱器通常存在抗干擾性弱、可靠性低、升溫時(shí)間長以及溫度控制精度低等諸多問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的問題和不足，提供一種抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、升溫時(shí)間短、溫度控制精度高及測量精度高的近紅外光譜樣品加熱控制器。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明所述的近紅外光譜樣品加熱控制器，包括控制器箱體、設(shè)置在控制器箱體內(nèi)的電路電器模塊及設(shè)置在控制器箱體外側(cè)面上的加熱槽、操控面板和電源開關(guān)，其特征在于所述電路電器模塊包括單片機(jī)及依次連接的電壓放大器、繼電器、脈沖輸出電路模塊、加熱器、加熱模塊和AD信號轉(zhuǎn)換器，其中電壓放大器的輸入端與單片機(jī)的輸出端相連接，AD信號轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連接，所述單片機(jī)上還連接有液晶顯示器。為了確保數(shù)據(jù)保護(hù)功能的可靠性強(qiáng)，斷電可保存，上述單片機(jī)為高集成度的混合信號系統(tǒng)MCU芯片，該芯片的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)8K+U8字節(jié)的FLASH存儲器。為了減少傳統(tǒng)繼電器出現(xiàn)機(jī)械故障的機(jī)率，以確保加熱控制器的正常使用，上述繼電器為固態(tài)繼電器。為了保護(hù)電路不受損害且能自身產(chǎn)生振蕩，上述控制器箱體內(nèi)設(shè)置有看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器。本發(fā)明具有如下有益效果
1、采用先進(jìn)的微電腦控制芯片、先進(jìn)的專家PID控制算法和模糊控制混合方式，具有高精度的自整定功能；2、溫度傳感器為熱電阻，測量范圍大，測量范圍為-20(T60(TC，而且可測范圍還可擴(kuò)
展；
3、測量精度高，能達(dá)到0.1°C ；
4、動態(tài)性能較好，超調(diào)不超過2%，調(diào)節(jié)時(shí)間控制小于300s；
5、溫度上升快，上升時(shí)間小于60s；
6、穩(wěn)態(tài)誤差??；
7、具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造方便及成本低等優(yōu)點(diǎn)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1為本發(fā)明的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的背面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的頂面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的電路電器模塊方框示意圖。圖5為本發(fā)明的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1-圖4所示，本發(fā)明所述的近紅外光譜樣品加熱控制器，包括控制器箱體1、 設(shè)置在控制器箱體1內(nèi)的電路電器模塊及設(shè)置在控制器箱體1外側(cè)面上的加熱槽2、操控面板3和電源開關(guān)4，其中電路電器模塊包括單片機(jī)及依次連接的電壓放大器、繼電器、脈沖輸出電路模塊、加熱器、加熱模塊和AD信號轉(zhuǎn)換器，其中電壓放大器的輸入端與單片機(jī)的輸出端相連接，AD信號轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連接，并且單片機(jī)上還連接有液晶顯示器。其中，加熱器為電爐絲或其它可加熱的載體，而加熱槽2設(shè)置在控制器箱體1 的頂面上。為了確保數(shù)據(jù)保護(hù)功能的可靠性強(qiáng)，斷電可保存，單片機(jī)為高集成度的混合信號系統(tǒng)MCU芯片，該芯片的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)8K+U8字節(jié)的FLASH存儲器，而且單片機(jī)配置有PO 、P1、P2、P3四個(gè)I/O接口，其中PO為輸出信號接口，Pl為液晶數(shù)據(jù)接口，P2為液晶控制接口，P3為輸入信號接口，如圖4所示，電壓放大器的輸入端是與PO輸出信號接口相連接， AD信號轉(zhuǎn)換器是與P3輸入信號接口相連接。而繼電器為固態(tài)繼電器(SSR)，由于固態(tài)繼電器具有隔離功能的無觸點(diǎn)電子開關(guān)，在開關(guān)過程中無機(jī)械接觸部件，因此大大減少了傳統(tǒng)繼電器出現(xiàn)機(jī)械故障的機(jī)率，而且還具有邏輯電路兼容，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，噪聲低和工作頻率高等特點(diǎn)。為了保護(hù)電路不受損害且能自身產(chǎn)生振蕩，控制器箱體1 內(nèi)設(shè)置有看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器，其中看門狗定時(shí)器用來控制輸出脈寬比例，采用時(shí)鐘振蕩器實(shí)現(xiàn)內(nèi)部晶振，有利于確保始終與AD信號轉(zhuǎn)換器同步。并且AD信號轉(zhuǎn)換器為14 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由3MHz的單電源供電；輸入?yún)⒖荚肼?. 36LSB ；內(nèi)置精密采樣保持電路和參考基準(zhǔn)電壓；+5V電源供電，功耗低；數(shù)字輸出采用二進(jìn)制編碼，可直接供單片機(jī)使用。使用時(shí)，加熱器接收脈沖輸出電路模塊的輸出信號及供能，為樣品加熱，當(dāng)在加熱設(shè)備加熱或待加熱時(shí)，加熱模塊上的溫度傳感器采集到溫度信號傳給AD信號轉(zhuǎn)換器，AD信號轉(zhuǎn)換器將從加熱器模塊接收來溫度信號并轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識別的信號后，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)接收到AD信號轉(zhuǎn)換器傳出的信號，通過比較測量值與設(shè)定值做出判斷，并發(fā)出下一指令。而脈沖輸出電路模塊是采用反饋模式，將負(fù)電壓輸入給電壓放大器，通過反向放大令電壓放大器輸出給震蕩電路，該震蕩電路包含整流電路、三角波和方波轉(zhuǎn)換電路，最后產(chǎn)生一個(gè)方波交流輸出，通過一個(gè)功率變壓器轉(zhuǎn)換低壓電源給電爐絲供電，從而達(dá)到加熱的效果，而且該振蕩電路具有震蕩波形穩(wěn)定、可供大功率輸出、負(fù)反饋采集輸出信號等優(yōu)點(diǎn)，配合單片機(jī)的算法可精確控制加熱輸出，由于變壓器轉(zhuǎn)換低壓電源給電爐絲加熱，有效防止因直接加 220VAC容易燒斷電爐絲產(chǎn)生故障。此外，操控面板及電源開關(guān)是設(shè)置在控制器箱體1的前面板11上，其中操控面板3包括設(shè)置溫度顯示區(qū)(SV) 31、測量溫度顯示區(qū)(PV) 32及人機(jī)交互區(qū)33，并且人機(jī)交互區(qū)33有四個(gè)指示燈，分別是0UT1、0UT2、ALMl和ALM2，兩個(gè)輸出指示燈和兩個(gè)報(bào)警指示燈，用來設(shè)置報(bào)警用和顯示輸出情況用；而且還設(shè)置有四個(gè)操作鍵 設(shè)定鍵-在設(shè)定狀態(tài)時(shí)，保存參數(shù)的新設(shè)定值，而正常狀態(tài)時(shí)，切換設(shè)定值和自動/手動狀態(tài)切換的界面；增加鍵-在設(shè)定狀態(tài)時(shí)，用于增加設(shè)定值，自動狀態(tài)時(shí)可直接增加輸出比例，顯示給定值狀態(tài)時(shí)可直接增加給定值，長按可快速增加(三級速度)；減少鍵-在設(shè)定狀態(tài)時(shí)，用于減小設(shè)定值，自動狀態(tài)時(shí)可直接減小輸出比例，顯示給定值狀態(tài)時(shí)可直接減小給定值，長按可快速減小(三級速度)；移位鍵-在設(shè)定狀態(tài)時(shí)，用于自動和手動狀態(tài)之間的無擾動切換。此外，控制器箱體1的后面板12上設(shè)置有供電電源接口 5、溫度傳感器接口 6及加熱電源輸出接口 7。本發(fā)明中的單片機(jī)，其控制程序采用C語言編寫，簡單可靠。如圖5所示，本發(fā)明的軟件運(yùn)作流程如下
(1)單片機(jī)初始化，根據(jù)具體情況設(shè)置給定值(SV值)；
(2)初始化結(jié)束后即給外圍電路通電，加熱模塊上的傳感器開始工作，將采集到的信號傳遞給AD信號轉(zhuǎn)換器，數(shù)字化后傳給單片機(jī)處理，同時(shí)液晶顯示測量值(PV值)，單片機(jī)處理程序段Compare ()用來比較PV與SV大小差距；
(3)當(dāng)PV<SV時(shí)，調(diào)用Control()代碼段，通過Compare ()代碼段的返回值和自整定出的參數(shù)，來調(diào)節(jié)輸出脈寬比例，加熱器按指令進(jìn)行為樣品加熱，實(shí)現(xiàn)快速、小超調(diào)和穩(wěn)定控溫的目的；
(4)當(dāng)PV=SV時(shí)，通過Compare()代碼段的返回值和自整定出的參數(shù)，調(diào)節(jié)出另一輸出脈寬比例，以控制平衡和穩(wěn)定輸出比例目的；
(5)當(dāng)PV>SV時(shí)，調(diào)用Control()代碼段，通過Compare ()代碼段的返回值和自整定出的參數(shù)，停止輸出加熱指令，加熱器停止為樣品加熱。本發(fā)明是通過實(shí)施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實(shí)施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種近紅外光譜樣品加熱控制器，包括控制器箱體(1)、設(shè)置在控制器箱體(1)內(nèi)的電路電器模塊及設(shè)置在控制器箱體(1)外側(cè)面上的加熱槽(2)、操控面板(3)和電源開關(guān) (4)，其特征在于所述電路電器模塊包括單片機(jī)及依次連接的電壓放大器、繼電器、脈沖輸出電路模塊、加熱器、加熱模塊和AD信號轉(zhuǎn)換器，其中電壓放大器的輸入端與單片機(jī)的輸出端相連接，AD信號轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連接，所述單片機(jī)上還連接有液晶顯不器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述近紅外光譜樣品加熱控制器，其特征在于上述單片機(jī)為高集成度的混合信號系統(tǒng)MCU芯片，該芯片的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)8K+U8字節(jié)的FLASH存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述近紅外光譜樣品加熱控制器，其特征在于上述繼電器為固態(tài)繼電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述近紅外光譜樣品加熱控制器，其特征在于上述控制器箱體(1) 內(nèi)設(shè)置有看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述近紅外光譜樣品加熱控制器，其特征在于上述操控面板(3)及電源開關(guān)(4)設(shè)置在控制器箱體(1)的前面板(11)上，其中操控面板(3)包括設(shè)置溫度顯示區(qū)(31)、測量溫度顯示區(qū)(32)及人機(jī)交互區(qū)(33)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述近紅外光譜樣品加熱控制器，其特征在于上述控制器箱體(1) 的后面板(12)上設(shè)置有供電電源接口(5)、溫度傳感器接口(6)及加熱電源輸出接口(7)。
全文摘要
一種近紅外光譜樣品加熱控制器，包括控制器箱體、設(shè)置在控制器箱體內(nèi)的電路電器模塊及設(shè)置在控制器箱體外側(cè)面上的加熱槽、操控面板和電源開關(guān)，所述電路電器模塊包括單片機(jī)及依次連接的電壓放大器、繼電器、脈沖輸出電路模塊、加熱器、加熱模塊和AD信號轉(zhuǎn)換器，其中電壓放大器的輸入端與單片機(jī)的輸出端相連接，AD信號轉(zhuǎn)換器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連接，單片機(jī)上還連接有液晶顯示器。本發(fā)明采用先進(jìn)的微電腦控制芯片、先進(jìn)的專家PID控制算法和模糊控制混合方式，具有高精度的自整定功能，而且溫度傳感器為熱電阻，測量范圍大，測量精度高，動態(tài)性能較好，溫度上升快，穩(wěn)態(tài)誤差小，并且具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造方便及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N21/01GK102419281SQ201110260438
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者徐建平, 相秉仁 申請人:中山市中健藥業(yè)有限公司