專利名稱：模塊式可級(jí)聯(lián)pid溫控儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，特別是適合用于溫度控制的場(chǎng) 合，屬于工業(yè)自動(dòng)化儀表領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
溫控儀表在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多廠家都研發(fā)了 PID控制儀，大部分的控溫儀表都是帶有鍵盤、顯示面板的如專利號(hào)為ZL200720193444. 7 的中國(guó)專利，公開了一種“PID控制儀”，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810059254. 5的中國(guó)專利，公開了 一種“用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)參數(shù)的PID控制溫度儀表及其控制方法”，而目前市場(chǎng)上的PID溫 控儀表也都是通過鍵盤手工操作控溫儀表，自帶顯示面板顯示參數(shù)。為了降低產(chǎn)品的成本， 顯示面板常常是采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)，這就需要用戶記住命令編碼以便操作，因此操 作極為不方便；而采用液晶屏作為顯示面板的，則產(chǎn)品價(jià)格較高。同時(shí)，如果把控制電路、顯 示面板和鍵盤都做在一體的PID控制儀表往往體積比較大，耗電量也較高。因此，迫切需要研發(fā)一種使用方便且成本低廉的PID溫控儀。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種低成本且使用方便的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，包括具 有多輸入通道且每一輸入通道用于連接一熱電偶以便采集各熱電偶的電信號(hào)的熱電偶采 樣芯片；用于提供所述熱電偶的冷端溫度的冷端補(bǔ)償芯片；用于將模擬電路與數(shù)字電路隔 離的隔離器件；與所述隔離器件相連接且用于根據(jù)所述冷端溫度和所述熱電偶采樣芯片采 集的電信號(hào)計(jì)算出各個(gè)通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變化率 通過PID算法計(jì)算出控制量，以脈沖調(diào)制方式傳送控制量的單片機(jī)；用于根據(jù)所述單片機(jī) 傳送至的控制量控制與其相連的各繼電器的運(yùn)行的固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片；與所述單片機(jī) 相連接以便進(jìn)行通信的串行通信接口芯片；與所述串行通信接口芯片相連接且用于驅(qū)動(dòng) RS485接口的RS485驅(qū)動(dòng)芯片；用于向熱電偶采樣芯片、冷端補(bǔ)償芯片、隔離器件、單片機(jī)、 固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片、串行通信接口芯片、及RS485驅(qū)動(dòng)芯片供電的電源供電電路。較佳的，所述熱電偶采樣芯片可采用具有4輸入通道的ADS1248芯片；所述冷端補(bǔ) 償芯片可采用ADT7301芯片；所述隔離器件可采用ADUM1401磁耦合隔離器件；所述單片機(jī) 可采用LPC2292單片機(jī)；所述固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片可采用ULN2804AP芯片；所述串行通信 接口芯片可采用SP3232芯片；所述RS485驅(qū)動(dòng)芯片可采用SP485E芯片；所述電源供電電路 可包括直流24V轉(zhuǎn)5V的電源模塊和5V轉(zhuǎn)成3. 3V的芯片。綜上所述，本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀采用RS485通信口實(shí)現(xiàn)和電腦 或觸摸屏等的連接，如此可有效降低成本，同時(shí)還可通過RS485通信口實(shí)現(xiàn)多臺(tái)模塊式可 級(jí)聯(lián)PID溫控儀的級(jí)聯(lián)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)接設(shè)一臺(tái)觸摸屏即可控制多臺(tái)模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控 儀，使成本更為降低，操作更為方便。

圖1為本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀基本架構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀電路示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1及圖2，本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀至少包括熱電偶采樣 芯片、冷端補(bǔ)償芯片、隔離器件、單片機(jī)、固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片、串行通信接口芯片、RS485驅(qū) 動(dòng)芯片、以及電源供電電路等。所述熱電偶采樣芯片具有多輸入通道，每一輸入通道用于連接一熱電偶，以便采 集各熱電偶的電信號(hào)。在本實(shí)施例中，所述熱電偶采樣芯片的采用具有4輸入通道(即#1 通道、#2通道、#3通道、#4通道)的ADS1248芯片，如圖2所示，4輸入通道分別連接一 K型 熱電偶。ADS1248芯片內(nèi)置可編程的放大器和恒流源電路，可省去熱電偶供電的恒流源電路 和放大器電路，降低成本。所述冷端補(bǔ)償芯片用于提供所述熱電偶的冷端溫度，其可采用ADT7301芯片。所述隔離器件用于將模擬電路與數(shù)字電路隔離，即將熱電偶采樣芯片和單片機(jī)隔 離，其可采用ADUM1401磁耦合隔離器件，由此可有效實(shí)現(xiàn)低成本的熱電偶輸入模擬電路同 單片機(jī)數(shù)字電路之間的電氣隔離。所述單片機(jī)與所述隔離器件相連接，用于根據(jù)所述冷端溫度和所述熱電偶采樣芯 片采集的電信號(hào)計(jì)算出各個(gè)通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變 化率通過PID算法計(jì)算出控制量，以脈沖調(diào)制方式傳送控制量，其中，用戶設(shè)定值包括溫度 設(shè)定值、比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)、積分飽和量、報(bào)警值設(shè)定、報(bào)警狀態(tài)、輸出范圍上限 /下限、輸入范圍上限/下限、冷端補(bǔ)償調(diào)整量等參數(shù)。所述單片機(jī)可采用LPC2292單片機(jī)， 其自帶有調(diào)制脈沖(PWM)控制器，可實(shí)現(xiàn)PWM波形的控制，因此能直接驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器控制 加熱裝置。所述固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片用于根據(jù)所述單片機(jī)傳送至的控制量控制與其相連的 各繼電器的運(yùn)行，可采用ULN2804AP芯片，該芯片具有4通道(即#1通道、#2通道、#3通 道、#4通道)固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路。所述串行通信接口芯片與所述單片機(jī)相連接，以便進(jìn)行通信，其可采用SP3232芯 片。所述RS485驅(qū)動(dòng)芯片與所述串行通信接口芯片相連接，用于驅(qū)動(dòng)RS485接口，其 可采用SP485E芯片，其具有RS485通信口，因此，可將多臺(tái)本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID 溫控儀通過所述RS485通信口級(jí)聯(lián)，而級(jí)聯(lián)的各模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀本身設(shè)一個(gè)供 MODBUS通信的模塊地址，通過Modbus通信協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)工作。此外，RS485通信口也 可接設(shè)電腦、觸摸屏和PLC等，通信協(xié)議采用M0BUS-RTU協(xié)議。同時(shí)所述RS485驅(qū)動(dòng)芯片提 供側(cè)面級(jí)聯(lián)的的RS485串行通信口，側(cè)面級(jí)聯(lián)可以省去用戶接線，使用更方便。所述電源供電電路用于向熱電偶采樣芯片、冷端補(bǔ)償芯片、隔離器件、單片機(jī)、固 態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片、串行通信接口芯片、及RS485驅(qū)動(dòng)芯片供電，其可包括直流24V轉(zhuǎn)5V的 電源模塊和5V轉(zhuǎn)成3. 3V的LMl 117-3. 3芯片。
4[0019]綜上所述，本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀的優(yōu)點(diǎn)在于舍棄了鍵盤和顯示 面板，同時(shí)支持多臺(tái)模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀的級(jí)聯(lián)。由于沒有鍵盤和顯示面板，使得成本 大大降低，體積大大減小。多模塊可級(jí)聯(lián)式設(shè)計(jì)使得多回路控制更容易，由于RS485 口的物 理特性決定了最多可以支持16個(gè)模塊級(jí)聯(lián)擴(kuò)展，而單個(gè)模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀能支持4 個(gè)控溫回路，在生產(chǎn)塑料機(jī)械、塑料型材等控溫場(chǎng)合可以大量使用。如果有必要，可以通過 一臺(tái)通用的工業(yè)觸摸屏顯示或操作多臺(tái)本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀的過程參 數(shù)，相對(duì)于現(xiàn)有使用多臺(tái)各自自帶顯示面板和鍵盤的控溫儀方案來說，采用本實(shí)用新型的 模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)溫控儀配一臺(tái)觸摸屏的方案，更具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。在多 回路的工業(yè)自動(dòng)化控溫系統(tǒng)中除了控溫儀表以外，常常還需要PLC的參與，通常還安裝有 觸摸屏，如果在系統(tǒng)中已經(jīng)有觸摸屏的情況下，使用本溫控儀時(shí)就不必再安裝觸摸屏了，相 對(duì)于選用現(xiàn)有自帶顯示面板和鍵盤的控溫儀方案來說就更經(jīng)濟(jì)了。上述實(shí)施例僅列示性說明本實(shí)用新型的原理及功效，而非用于限制本實(shí)用新型。 任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本實(shí)用新型的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修 改。因此，本實(shí)用新型的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求一種模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于包括具有多輸入通道的熱電偶采樣芯片，其每一輸入通道用于連接一熱電偶，以便采集各熱電偶的電信號(hào)；用于提供所述熱電偶的冷端溫度的冷端補(bǔ)償芯片；用于將模擬電路與數(shù)字電路隔離的隔離器件；與所述隔離器件相連接的單片機(jī)，用于根據(jù)所述冷端溫度和所述熱電偶采樣芯片采集的電信號(hào)計(jì)算出各個(gè)通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變化率通過PID算法計(jì)算出控制量，以脈沖調(diào)制方式傳送控制量；固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片，用于根據(jù)所述單片機(jī)傳送至的控制量控制與其相連的各繼電器的運(yùn)行；與所述單片機(jī)相連接以便進(jìn)行通信的串行通信接口芯片；與所述串行通信接口芯片相連接且用于驅(qū)動(dòng)RS485接口的RS485驅(qū)動(dòng)芯片；電源供電電路，用于向熱電偶采樣芯片、冷端補(bǔ)償芯片、隔離器件、單片機(jī)、固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片、串行通信接口芯片、及RS485驅(qū)動(dòng)芯片供電。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述熱電偶采樣芯片 采用具有4輸入通道的ADS1248芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述冷端補(bǔ)償芯片采 用ADT7301芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述隔離器件采用 ADuM1401磁耦合隔離器件。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述單片機(jī)采用 LPC2292單片機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng) 芯片采用ULN2804AP芯片。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述串行通信接口芯 片采用SP3232芯片。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述RS485驅(qū)動(dòng)芯片 采用SP485E芯片。
9.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述電源供電電路包 括直流24V轉(zhuǎn)5V的電源模塊和5V轉(zhuǎn)成3. 3V的芯片。
10.如權(quán)利要求9所述的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，其特征在于所述5V轉(zhuǎn)成3.3V的 芯片采用LMl 117-3. 3芯片。
專利摘要本實(shí)用新型的模塊式可級(jí)聯(lián)PID溫控儀，包括熱電偶采樣芯片、冷端補(bǔ)償芯片、隔離器件、單片機(jī)、固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片、串行通信接口芯片、RS485驅(qū)動(dòng)芯片、以及電源供電電路，先由熱電偶采樣芯片采集熱電偶的微弱電信號(hào)，經(jīng)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)后，通過隔離芯片送入單片機(jī)，同時(shí)冷端補(bǔ)償芯片提供熱電偶的冷端溫度，單片機(jī)根據(jù)冷端補(bǔ)償溫度和熱電偶采樣值計(jì)算出各個(gè)通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變化率通過PID算法計(jì)算出控制量，以脈沖調(diào)制PWM方式發(fā)送控制量，控制固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的固態(tài)繼電器，RS485驅(qū)動(dòng)芯片具有RS485串行口，可以連接電腦、觸摸屏和PLC等，使用極為方便，且成本低廉。
文檔編號(hào)G05B11/42GK201749381SQ20102014811
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者譚愛國(guó) 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)