專利名稱：智能溫度控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種溫度控制儀，具體說是一種智能溫度控制裝置。
背景技術：
目前，公知的溫度控制裝置只能夠按照人們設定好的固定的目標溫度進行控制，其目標溫度是固定的，不能按照人們的要求使目標溫度隨著時間的變化而變化，更不能按照人們的要求分時段隨時間改變目標溫度而進行控制。這樣的溫度控制裝置只能滿足一般的應用場合。隨著社會的發(fā)展，技術的進步，人們?yōu)榱私忾_大自然的奧秘，需要進一步的技術手段。在科學實驗和日常的應用中，固定目標溫度的溫度控制裝置已經(jīng)不能滿足日益發(fā)展的要求，迫切需要一種目標溫度能夠按照人們的要求隨時間進行變化，如模擬一天24小時內溫度升降的連續(xù)變化等的智能溫度控制裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提供一種智能溫度控制裝置，以彌補已有技術的不足。
為了實現(xiàn)對溫度的智能控制，首先需要一種智能控制器件。這種智能控制器件能夠根據(jù)事先編制好的程序和人們設定的有關參數(shù)進行自動控制。這就要求這種器件能夠存儲編制好的程序，能夠計算目標溫度，能夠實時轉換當前的溫度，有一定的輸入、輸出能力，能夠根據(jù)優(yōu)先級的不同而對不同的情況進行實時處理等，據(jù)此選擇了Microchip公司的可編程單片機PIC16C74A。然后圍繞可編程單片機PIC16C74A來設計相應的硬件，以實現(xiàn)對溫度的智能控制。該可編程單片機PIC16C74A有33個I/O輸入/輸出端，有8個A/D轉換輸入通道，以及相應的硬件電路。
因此，發(fā)明解決其技術問題所采用的基本構思是采用帶有A/D轉換器的可編程單片機作為核心部件對目標溫度進行控制，采用外部按鈕開關對各個時間間隔及相應的起始和終點溫度進行輸入。由可編程單片機根據(jù)輸入的時間及溫度參數(shù)對當前的目標溫度進行計算，實時計算出當前的目標溫度。并由溫度變換模塊輸出適合A/D轉換器要求的與被測量溫度呈線性關系的模擬電壓，由可編程單片機中的A/D轉換器轉換為對應于當前實際溫度的數(shù)字值，由可編程單片機對此數(shù)字值與當前的目標溫度值進行比較，計算出溫度差。可編程單片機根據(jù)計算出的溫度差控制加熱電路或制冷電路進行加熱或制冷。還包括溫度顯示、超溫報警等一些附屬功能。
本發(fā)明包括與溫度傳感器相連的溫度變換模塊，參數(shù)輸入電路及作為顯示的溫度/時間顯示電路、狀態(tài)指示電路、外部定時脈沖電路以及溫度控制電路和直流電源電路，并被置于有面板的殼體內，其特征是它還包括一個帶有A/D轉換電路的可編程單片機及其受控的由加熱控制電路和降溫控制電路組成的溫度控制電路，該可編程單片機的編程軟件包括目標溫度隨時間是直線式變化和正弦式變化，且由固定在殼體后的開關進行選擇或切換。
上述參數(shù)輸入電路有分時間段輸入的參數(shù)包括多個不同時間段的始末溫度和相應的時間間隔。
因此本發(fā)明可以對根據(jù)需要而設定的多個時間段的溫度及時間參數(shù)自動進行控制，拓寬了溫度控制的應用范圍，解決了對于要求目標溫度需要進行特殊變化的科學實驗及實際應用的要求。本發(fā)明使用方便、靈活、實用可靠。


圖1是本發(fā)明的總體結構方框圖。
圖2是本發(fā)明的產(chǎn)品面板示意圖。
圖3是本發(fā)明的電路原理圖。
圖4是本發(fā)明軟件部分的流程圖。
其中1、可編程單片機 2、溫度變換模塊 3、參數(shù)輸入電路4、過零脈沖觸發(fā)電路 5、直流基準電壓源 6、降溫控制電路7、加熱控制電路 8、溫度/時間顯示電路 9、外部定時脈沖電路10、直流電源電路 11、電源開關 12、面板 13、時間段指示數(shù)碼顯示器 14、溫度顯示器 15、溫度、時間設置按鈕。
具體實施例方式
本發(fā)明包括與溫度傳感器相連的溫度變換模塊2，參數(shù)輸入電路3及作為顯示的溫度/時間顯示電路8、狀態(tài)指示電路、外部定時脈沖電路9以及溫度控制電路和直流電源電路10，并被置于有面板12的殼體內，其特征是它還包括一個帶有A/D轉換電路的可編程單片機1及其受控的由加熱控制電路7和降溫控制電路6組成的溫度控制電路，該可編程單片機1的編程軟件包括目標溫度隨時間是直線式變化和正弦式變化，且由固定在殼體后的開關進行選擇或切換。
上述參數(shù)輸入電路3有分時間段輸入的參數(shù)包括多個不同時間段的始末溫度和相應的時間間隔。
溫度變換模塊2包括溫度傳感器和相應的變換電路，選用型號為TCV98的高精度溫度變換模塊。其作用是將溫度傳感器感知的目標溫度轉換成可編程單片機1可接受和處理的電壓信號。即可編程單片機1的A/D轉換器所需的電壓信號。
可編程單片機1選用帶有內含4Kb的14位程序存儲器和192個8bit數(shù)據(jù)寄存器以及A/D轉換器的PIC16C74A集成電路。
直流基準電壓源5為了使可編程單片機1能夠準確、穩(wěn)定地將模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號，在可編程單片機1的外部使用AD586高精度、高穩(wěn)定度的+5伏基準電壓源，附加調整電路后，給可編程單片機1提供穩(wěn)定的+5伏基準電壓，以保證其A/D轉換的準確性和穩(wěn)定性。
參數(shù)輸入電路3為了提供靈活、可變的目標溫度和溫度變化速率，需要提供能夠根據(jù)需要改變起始、目標溫度、時間間隔的手段。為此，參數(shù)輸入電路3上對所需參數(shù)進行設置的五個按鈕置放在面板12上，面板2上的上升、下降、設置、選擇和運行這五個開關能夠簡單、有效地對本智能溫度控制儀的所需參數(shù)進行設置。
過零脈沖觸發(fā)電路4的作用是為智能控制程序中加熱單元的工作提供中斷信號，以便可編程單片機1輸出加熱與否的信號。即過零脈沖觸發(fā)電路4的采用使溫度控制平穩(wěn)，溫度控制的方式采用廣泛有效的PID控制模式，在軟件的設計上采用了將每1秒鐘分成100個時間段，根據(jù)需要設置每個時間段加熱與否，以便準確地控制加熱的功率。為此設計了脈沖觸發(fā)電路，此電路的功能是檢測外部50赫茲交流電源的過零點(50赫茲的交流電源每1秒鐘有100個過零點)，并且將檢測出的過零點信號作為中斷信號提供給可編程單片機1。
加熱控制電路7的作用是控制加熱器對控制目標進行加熱，以達到要求的控制溫度。加熱控制電路7，可編程單片機1實時輸出的加熱信號，由于變化快(1秒鐘可以進行100次加熱/停止加熱的轉換)，如果采用普通的機械式繼電器來控制加熱器的加熱，因普通機械式繼電器的響應速度所限，不能適應此要求，為此采用了響應速度快，且無觸點的可控硅作為加熱控制電路。為了將可控硅與可編程單片機1相連接，且實現(xiàn)可編程單片機1與外部的高電壓的加熱電源相隔離，在可編程單片機1和可控硅之間增加了光電隔離、觸發(fā)電路。
降溫控制電路6的作用是降低控制目標的實際溫度，即降溫控制電路6，當實際溫度超出目標溫度或在目標溫度下降的階段，為了將實際溫度控制在目標溫度所允許的范圍內，需要對控制目標進行降溫，為此設計了降溫控制電路。
溫度/時間顯示電路8如同已有技術是為了實時顯示當前的溫度及時間，采用了4位數(shù)碼顯示器作為顯示電路。在面板12上有溫度顯示器14。
狀態(tài)指示電路為了指示當前的狀態(tài)，如是否正常，是否超溫，是否正在加熱，在面板12上增加了幾個LED發(fā)光二極管作為指示用，且如果實際的溫度超出了設定的誤差范圍，除了LED顯示外，還有一個蜂鳴器作為報警器。
為了使可編程單片機1能夠正常的工作，采用了晶體振蕩器作為時鐘發(fā)生電路，這種電路產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定，為可編程單片機1的穩(wěn)定工作提供了保障。
開機時本發(fā)明的缺省狀態(tài)是溫度測量儀。設置參數(shù)后，能夠按照設定的參數(shù)進行控制。
在軟件上，設計了兩種溫度變化方式，一種是直線式變化，即根據(jù)起始點和終了點的溫度，目標溫度隨時間是線性變化的；另一種是正弦式變化，即根據(jù)起始點和終了點的溫度，目標溫度隨時間是以正弦的方式變化的。
可編程單片機1的選用型號是PIC16C74A，硬件電路的核心控制電路。編制的智能控制程序存儲在單片機內，由單片機內的運算單元根據(jù)程序和外部輸入的信號進行實時的控制。
外部定時脈沖電路的作用是為單片機提供低頻的定時脈沖。
直流電源電路10提供所需的+5伏和±15伏直流電源。
首先是由集成電路AD590作為溫度傳感器的IC6TCV98高精度溫度變換模塊2將測量的溫度轉換為對應的電壓信號輸入到可編程單片機1的2腳。在程序中可編程單片機1的2腳設置為A/D轉換器的輸入端，A/D轉換器將輸入的電壓信號轉換為8位數(shù)字信號，代表當前的溫度，供可編程單片機1內的溫度計算和控制程序處理。
由IC2AD586組成的+5伏直流基準電壓源5為可編程單片機1提供A/D轉換所需的+5伏基準電壓。+15V由其2腳輸入，6腳輸出的+5V基準電壓則由可編程單片機1的5腳輸入。
由5個按鍵S1-S5和相應的電阻R3-R7，R36-R40組成參數(shù)輸入電路3，分別連接在可編程單片機1的36-40腳。通過參數(shù)輸入電路，可輸入程序控制所需的起始溫度、結束溫度以及時間間隔參數(shù)。參數(shù)輸入結束后，按面板12上的運行鍵即可運行程序。
由集成電路電壓比較器IC3(LM311)為主要電路及電阻R13~R17、R42和整流二極管D1、D2與小型變壓器T1所組成的過零脈沖觸發(fā)電路4為智能控制程序中加熱單元的工作提供中斷信號，以便可編程單片機1輸出加熱與否的信號。當交流電源電壓每經(jīng)過一個過零點，過零脈沖觸發(fā)電路4中的LM311的7腳就輸出一個正脈沖信號到可編程單片機1的33腳。
由IC4光電耦合器MOC3020和IC5可控硅BTA06-600C為主要元件和相應的電阻組成的加熱控制電路7控制加熱器RL對控制目標進行加熱，以達到要求的控制溫度。從可編程單片機1的35腳輸出的加熱與否的信號(加熱為高電平，不加熱為低電平)輸入到型號為MOC3020(IC4)光電耦合器的2腳，從IC4光電耦合器MOC3020的4腳和6腳輸出的信號連接到IC5可控硅BTA06-600C，以控制IC5可控硅BTA06-600C的開閉，進而控制加熱器RL的工作。電阻R41的兩端頭L和N分別連接到外部220V交流電源的火線和零線。
如果控制目標的實際溫度高于目標溫度，可編程單片機1的10腳輸出降溫信號(高電平)，到繼電器RE1。由繼電器RE1組成的降溫電路6中的繼電器吸合，控制外部冷卻設備Cooler(冷卻設備可以是制冷空調，也可以是電機帶動水泵，抽冷卻水等)工作。此時加熱程序關閉。
由IC7集成電路4060組成的外部定時脈沖9產(chǎn)生的低頻脈沖從7腳輸出，輸入到可編程單片機1的6腳，其作用是為可編程單片機1提供一個低頻定時脈沖信號。
從可編程單片機1的15-22，27-30腳輸出的顯示信號輸出至由數(shù)碼顯示器組成的溫度/時間顯示電路8，顯示當前的溫度和時間。
連接在可編程單片機1的13和14腳的由晶體振蕩器和電容組成的振蕩電路，產(chǎn)生11MHz的時鐘脈沖，為整個可編程單片機1的工作提供穩(wěn)定的工作時鐘。
由按鍵開關S11和電解電容C2組成的復位電路，連接在可編程單片機1的1腳，其作用為可編程單片機1提供開機時的延時運行和復位功能。
連接在可編程單片機1的3腳的單刀雙擲開關K1，其作用是可根據(jù)要求，選擇目標溫度隨時問是直線式變化還是正弦式變化。圖4為本發(fā)明的程序流程開啟電源，在+5伏直流電源VDD穩(wěn)定后，軟件開始運行。首先對可編程單片機1的各個輸入/輸出端口根據(jù)電路功能的要求進行初始化，對可編程單片機1的內部定時器和中斷、各標志位、寄存器等進行初始化。
初始化完成后，對標志位進行檢測。如果此時操作者未進行任何操作和設置，則軟件自動轉為只測量溫度，即是一個一般溫度測量儀。同時等待操作者對控制的目標溫度和時間間隔進行設置，直到完成參數(shù)設置后，返回。
待溫度、時間參數(shù)設置完成后，即進入溫度控制程序。
在溫度控制程序開始之前，為了確保此時的被控制對象的實際溫度達到控制開始的起始溫度，首先進入預熱(或預降溫)程序。在預熱(或預降溫)程序中，不斷對被控制目標的溫度進行檢測，直到在一定的時間內檢測到的實際溫度達到控制開始的起始溫度后，即完成預熱(或預降溫)程序，返回溫度控制程序，進入溫度控制程序的正式運行。
在溫度控制程序正式運行開始時，首先對各個參數(shù)進行初始化。初始化結束后，進入溫度控制程序。
權利要求
1 一種智能溫度控制裝置，它包括與溫度傳感器相連的溫度變換模塊(2)，參數(shù)輸入電路(3)及作為顯示的溫度/時間顯示電路(8)、狀態(tài)指示電路、外部定時脈沖電路(9)以及溫度控制電路和直流電源電路(10)，并被置于有面板(12)的殼體內，其特征是它還包括一個帶有A/D轉換電路的可編程單片機(1)及其受控的由加熱控制電路(7)和降溫控制電路(6)組成的溫度控制電路，該可編程單片機(1)的編程軟件包括目標溫度隨時間是直線式變化和正弦式變化，且由固定在殼體后的開關進行選擇或切換。
2 如權利要求1所述的智能溫度控制裝置，其特征是上述參數(shù)輸入電路(3)有分時間段輸入的參數(shù)包括多個不同時間段的始末溫度和相應的時間間隔。
3 如權利要求1所述的智能溫度控制裝置，其特征是溫度變換模塊(2)選用型號為TCV98。
4 如權利要求1所述的智能溫度控制裝置，其特征是可編程單片機(1)選用帶有內含4Kb的14位程序存儲器和192個8bit數(shù)據(jù)寄存器以及有A/D轉換器的PIC16C74A集成電路。
5 如權利要求1所述的智能溫度控制裝置，其特征是在可編程單片機(1)上接有+5伏直流基準電壓源(5)。
6 如權利要求1和2所述的智能溫度控制裝置，其特征是參數(shù)輸入電路(3)上對所需參數(shù)進行設置的五個按鈕置放在面板(12)上。
全文摘要
一種智能溫度控制裝置，包括與溫度傳感器相連的溫度變換模塊，參數(shù)輸入電路及作為顯示的溫度/時間顯示電路、狀態(tài)指示電路、外部定時脈沖電路以及溫度控制電路和直流電源電路，并被置于有面板的殼體內，其特征是它還包括一個帶有A/D轉換電路的可編程單片機及其受控的由加熱控制電路和降溫控制電路組成的溫度控制電路，該可編程單片機的編程軟件包括目標溫度隨時間是直線式變化和正弦式變化。該參數(shù)輸入電路有分時間段輸入的溫度參數(shù)等。本發(fā)明使用方便、靈活、實用可靠，根據(jù)需要而設定的多個時間段的溫度及時間參數(shù)自動進行控制，拓寬了溫度控制的范圍，解決了目標溫度需要特殊變化的科學實驗及實際應用的需求。
文檔編號G05D23/19GK1696858SQ20051007701
公開日2005年11月16日 申請日期2005年6月15日 優(yōu)先權日2005年6月15日
發(fā)明者王芳, 田相利, 董雙林, 楊敏樂 申請人:中國海洋大學