基于pid溫控的電子艾灸儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于PID溫控的電子艾灸儀，包括：溫度檢測單元，用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數據，溫度檢測單元包括艾灸頭、對艾灸頭實時溫度數據進行采集和檢測的溫度檢測電路；溫度控制單元，用于調節艾灸頭的實時溫度；溫度控制單元包括PID控制器、PWM控制器、MOS管、用于加熱艾灸頭的加熱裝置；PWM控制器、MOS管、加熱裝置依次串聯連接；主控單元，包括微控制器；微控制器分別與溫度檢測電路、PID控制器以及PWM控制器連接；上位機，連接到微控制器；電源，分別連接到溫度檢測單元、溫度控制單元、主控單元以及上位機，用于供電。本實用新型具有溫度控制精度高、結構簡單、操作方便、穩定度高的優點。
【專利說明】
基于PI D溫控的電子艾灸儀
技術領域
[0001] 本實用新型涉及醫療保健設備領域，更具體地說，本實用新型涉及一種基于PID溫 控的電子艾灸儀。
【背景技術】
[0002] 艾灸在我國有數千年的歷史，具有治療疾病和養生保健的作用，主要方法是將燃 燒艾條或艾片放置于人體經絡穴位等處，能夠促進血液循環、激發提高人體的免疫功能、增 強人體的抗病能力，具有溫補元氣、溫經通絡、補中益氣的作用。
[0003] 隨著科技的發展，電子艾灸器、電子艾灸儀等用于艾灸的電子產品出現。這些電子 艾灸儀的溫度采用開環控制，使用的過程中出現艾灸儀溫度無法精確控制的不足。 【實用新型內容】
[0004] 針對上述技術中存在的不足之處，本實用新型提供一種基于PID溫控的電子艾灸 儀，在艾灸頭上設有溫度傳感器，采集和檢測艾灸頭實時溫度反饋給微控制器，微控制器控 制PID控制器輸出實時PWM占空比來控制M0S管的通斷，進而控制加熱裝置的開閉，實現對艾 灸頭溫度的調節，具有溫度控制精度高、結構簡單、操作方便、穩定度高的優點。
[0005] 為了實現根據本實用新型的這些目的和其它優點，本實用新型通過以下技術方案 實現：
[0006] 本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，包括：
[0007] 溫度檢測單元，其用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數據，所述溫度檢測單元包 括加熱艾片的艾灸頭、對所述艾灸頭實時溫度數據進行采集和檢測的溫度檢測電路；
[0008] 溫度控制單元，其用于調節所述艾灸頭的實時溫度;所述溫度控制單元包括PID控 制器、P麗控制器、M0S管、用于加熱所述艾灸頭的加熱裝置;所述P麗控制器、所述M0S管、所 述加熱裝置依次串聯連接；
[0009] 主控單元，其包括微控制器;所述微控制器分別與溫度檢測電路、所述PID控制器 以及所述PWM控制器連接；
[0010]上位機，其連接到所述微控制器；
[0011]電源，其分別連接到所述溫度檢測單元、所述溫度控制單元、所述主控單元以及所 述上位機，用于供電。
[0012] 優選的是，還包括用于設定電子艾灸儀目標工作參數的薄膜按鍵裝置，所述薄膜 按鍵裝置連接到所述微控制器。
[0013] 優選的是，還包括用于對電子艾灸儀實時工作參數與目標工作參數不同進行報警 的蜂鳴器，所述蜂鳴器連接到所述微控制器。
[0014] 優選的是，還包括用于指示電子艾灸儀工作狀態的LED燈，所述LED燈連接到所述 微控制器。
[0015] 優選的是，還包括用于顯示電子艾灸儀工作參數和工作狀態的顯示屏，所述顯示 屏連接到所述微控制器。
[0016] 優選的是，所述主控單元還包括模數轉換器，所述模數轉換器一端連接到所述溫 度檢測電路、另一端連接到所述微控制器，用于將所述溫度檢測電路采集的所述艾灸頭實 時溫度數據進行模數轉換后發送給所述微控制器。
[0017] 優選的是，所述溫度檢測電路包括采集所述艾灸頭實時溫度的溫度傳感器，所述 溫度傳感器是熱敏電阻。
[0018] 優選的是，所述溫度檢測電路還包括與所述熱敏電阻串聯的第一電阻，所述第一 電阻另一端連接電源。
[0019] 優選的是，所述艾灸頭是陶瓷貼片。
[0020] 優選的是，所述加熱裝置是功率電阻，所述功率電阻貼在所述艾灸頭上。
[0021 ]本實用新型至少包括以下有益效果：
[0022] 1)在艾灸頭上設有溫度傳感器，采集和檢測艾灸頭實時溫度反饋給微控制器，微 控制器控制PID(proportion integral derivative，比例-積分-微分控制器)控制器輸出 實時PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制）占空比來控制M0S(Mosfet，絕緣柵型場 效應管)管的通斷，進而控制加熱裝置的開閉，實現對艾灸頭溫度的調節，具有溫度控制精 度高、結構簡單、操作方便、穩定度高的優點。
[0023] 2)還包括連接到微控制器的薄膜按鍵裝置，用于設定電子艾灸儀目標工作參數；
[0024] 3)還包括連接到微控制器的蜂鳴器，用于對電子艾灸儀實時工作參數與目標工作 參數不同進行報警；
[0025] 4)還包括連接到微控制器的LED燈，用于指示電子艾灸儀工作狀態；
[0026] 5)還包括連接到微控制器的顯示屏，用于顯示電子艾灸儀工作參數和工作狀態；
[0027] 6)主控單元還包括一端連接到溫度檢測電路、另一端連接到微控制器的模數轉換 器，用于將溫度檢測電路采集的艾灸頭實時溫度數據進行模數轉換后發送給微控制器；
[0028] 7)溫度檢測電路包括采集艾灸頭實時溫度的溫度傳感器，溫度傳感器是熱敏電 阻，可實時精確測量艾灸頭的溫度；
[0029] 8)熱敏電阻與第一電阻串聯形成分壓電路，熱敏電阻與第一電阻的連接處作為輸 入電壓信號端，熱敏電阻的阻值隨著溫度的變化而變化，輸入電壓也隨之變化，根據查表 法，即可算出輸入電壓值對應的溫度值；
[0030] 9)艾灸頭是陶瓷貼片，導熱均勻；
[0031] 10)加熱裝置是功率電阻，功率電阻貼在艾灸頭上，可對艾灸頭快速加熱。
[0032] 本實用新型的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過 對本實用新型的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀的結構示意圖；
[0034] 圖2為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀的PID控制算法流程圖；
[0035]圖3為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀溫度檢測電路的原理圖；
[0036]圖4為本實用新型所述的基于PID溫控的電子艾灸儀溫度控制單元的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明 書文字能夠據以實施。
[0038]應當理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"以及"包括"術語并不排除一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0039] 如圖1所示，本實用新型提供一種基于PID溫控的電子艾灸儀，包括:溫度檢測單元 10,其用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數據，溫度檢測單元包括加熱艾片的艾灸頭11、對 艾灸頭11實時溫度數據進行采集和檢測的溫度檢測電路12;溫度控制單元20,其用于調節 艾灸頭11的實時溫度;溫度控制單元20包括PID控制器21、PWM控制器22、M0S管23、用于加熱 艾灸頭11的加熱裝置24; PWM控制器22、M0S管23、加熱裝置24依次串聯連接;主控單元30，其 包括微控制器31;微控制器31分別與溫度檢測電路12、PID控制器21以及PWM控制器22連接； 上位機40，其連接到微控制器31;電源50，其分別連接到溫度檢測單元10、溫度控制單元20、 主控單元30以及上位機40，用于供電。
[0040] 上述實施方式中，微控制器31接收溫度檢測電路12采集和檢測艾灸頭11的實時溫 度數據并進行數據處理，得出艾灸頭11的實時溫度，將艾灸頭11的實時溫度與微控制器31 的艾灸頭預存溫度發送給PID控制器21，PID控制器21結合PID控制算法，算出艾灸頭的實時 溫度和預存溫度之間的差值以及該差值對應的加熱量，即實時PWM占空比，發送給微控制器 31，微控制器31將實時ΠΜ占空比發送給ΠΜ控制器22，以控制M0S管23的通與斷，從而控制 與M0S管Q1串聯的加熱裝置24的開啟和關閉，如圖4所示，實現艾灸頭11溫度的調節和控制。
[0041] 本實用新型提供的基于PID溫控的電子艾灸儀，在艾灸頭11上設有溫度檢測電路 12,采集和檢測艾灸頭11實時溫度反饋給微控制器31，微控制器31控制PID控制器21輸出實 時PWM占空比，以調節PWM控制器22,進而控制M0S管的通斷、加熱裝置的開閉，實現對艾灸頭 11溫度的調節和控制，具有溫度控制精度高、結構簡單、操作方便、穩定度高的優點。
[0042]上述實施方式中，電源50包括220V交流轉直流9V的第一電源模塊，用于給加熱裝 置24供電，電源50還包括直流9V轉直流3.3V的第二電源模塊，用于給主控單元30供電。 [0043] 上述實施方式中，微控制器31選擇STM8S105K4T6C。
[0044]上述實施方式中，PID控制器21的控制算法流程如圖2所示。PID控制算法是
，設艾灸頭11的實時溫度為(c(t))，艾灸頭11的預存溫度為(r (t))，則，艾灸頭11的實時溫度(c(t))與預存溫度(r(t))之間的溫度差為(e(t))，e(t)=r (t)-c(t)。微控制器31根據溫度差(e(t))作為PID算法的補償輸入，計算加熱裝置24的控制 量，即實時PWM占空比。當艾灸頭11實時溫度沒有達到預存溫度時，通過PID算法計算出溫度 差(e(t))，微控制器31根據該溫度差（e(t))控制加熱裝置24的加熱量，即實時P麗占空比， 使艾灸頭11保持恒溫；當艾灸頭11溫度達到設定的溫度時，加熱裝置24減小或停止加熱，使 艾灸頭11的溫度自然冷卻降低即可。如此反復啟用PID控制算法，就可實現艾灸頭11的溫度 調節與控制。
[0045]作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于設定 電子艾灸儀目標工作參數的薄膜按鍵裝置60，薄膜按鍵裝置60連接到微控制器31。電子艾 灸儀的工作參數包括工作溫度、工作時間，均可通過薄膜按鍵裝置60進行設置。
[0046] 作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于對電 子艾灸儀實時工作參數與目標工作參數不同進行報警的蜂鳴器70,蜂鳴器70連接到微控制 器31。例如，艾灸頭11的實時工作溫度比預存溫度高2度，那么蜂鳴器70發出警報。
[0047] 作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于指示 電子艾灸儀工作狀態的LED燈80，LED燈80連接到微控制器311ED燈80用來指示電子艾灸頭 的工作狀態，當儀器處于工作狀態時，LED燈80亮，當儀器沒有處于工作狀態時，LED燈80滅。 [0048]作為本實用新型的另一種實施方式，基于PID溫控的電子艾灸儀還包括用于顯示 電子艾灸儀工作參數和工作狀態的顯示屏90,顯示屏90連接到微控制器31。顯示屏90可以 顯示電子艾灸儀的預存工作溫度、實時工作溫度、工作時間、工作狀態等信息。
[0049] 作為本實用新型的另一種實施方式，主控單元還包括模數轉換器32,模數轉換器 32-端連接到溫度檢測電路12、另一端連接到微控制器31，用于將溫度檢測電路12采集的 艾灸頭11實時溫度數據進行模數轉換后發送給微控制器31，模數轉換器32為微控制器31提 供識別和接收艾灸頭11實時溫度所需的數據格式。
[0050] 作為本實用新型的另一種實施方式，溫度檢測電路12包括采集艾灸頭11實時溫度 的溫度傳感器，溫度傳感器是熱敏電阻R T。優選的是，熱敏電阻R T是高精度貼片N T C (Negative Temperature Coefficient，負溫度系數)熱敏電阻，溫度檢測和控制范圍為38 。(:~65°C，高精度貼片NTC熱敏電阻RT，在25°C時的阻值為10K，B值為3950。高精度貼片NTC 熱敏電阻，采集溫度靈敏度高。
[0051] 作為本實用新型的另一種實施方式，溫度檢測電路12還包括與熱敏電阻RT串聯的 第一電阻R1，第一電阻R1另一端連接電源50。熱敏電阻RT與第一電阻R1的連接處作為輸入 電壓信號端，熱敏電阻RT的阻值隨著溫度的變化而變化，輸入電壓也隨之變化，根據查表 法，即可算出輸入電壓值對應的溫度值。作為本實施方式的優選，如圖3所述，熱敏電阻RT兩 端還并聯一個旁路電容C1，使得溫度檢測電路12具有更好的電磁兼容性。
[0052]作為本實用新型的另一種實施方式，艾灸頭11是陶瓷貼片，導熱均勻。
[0053]作為本實用新型的另一種實施方式，加熱裝置24是功率電阻，功率電阻貼在艾灸 頭11上，可對艾灸頭11快速加熱。
[0054]盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中 所列運用。它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領域。對于熟悉本領域的人員而言 可容易地實現另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實 用新型并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1. 一種基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，包括： 溫度檢測單元，其用于采集和檢測艾灸頭的實時溫度數據，所述溫度檢測單元包括加 熱艾片的艾灸頭、對所述艾灸頭實時溫度數據進行采集和檢測的溫度檢測電路； 溫度控制單元，其用于調節所述艾灸頭的實時溫度;所述溫度控制單元包括PID控制 器、Pmi控制器、MOS管、用于加熱所述艾灸頭的加熱裝置;所述HVM控制器、所述MOS管、所述 加熱裝置依次串聯連接； 主控單元，其包括微控制器;所述微控制器分別與溫度檢測電路、所述PID控制器以及 所述PffM控制器連接； 上位機，其連接到所述微控制器； 電源，其分別連接到所述溫度檢測單元、所述溫度控制單元、所述主控單元以及所述上 位機，用于供電。2. 如權利要求1所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于設定電子 艾灸儀目標工作參數的薄膜按鍵裝置，所述薄膜按鍵裝置連接到所述微控制器。3. 如權利要求2所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于對電子艾 灸儀實時工作參數與目標工作參數不同進行報警的蜂鳴器，所述蜂鳴器連接到所述微控制 器。4. 如權利要求1所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于指示電子 艾灸儀工作狀態的LED燈，所述LED燈連接到所述微控制器。5. 如權利要求1所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，還包括用于顯示電子 艾灸儀工作參數和工作狀態的顯示屏，所述顯示屏連接到所述微控制器。6. 如權利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述主控 單元還包括模數轉換器，所述模數轉換器一端連接到所述溫度檢測電路、另一端連接到所 述微控制器，用于將所述溫度檢測電路采集的所述艾灸頭實時溫度數據進行模數轉換后發 送給所述微控制器。7. 如權利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述溫度 檢測電路包括采集所述艾灸頭實時溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器是熱敏電阻。8. 如權利要求7所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述溫度檢測電路還 包括與所述熱敏電阻串聯的第一電阻，所述第一電阻另一端連接電源。9. 如權利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述艾灸 頭是陶瓷貼片。10. 如權利要求1-5中任一項所述的基于PID溫控的電子艾灸儀，其特征在于，所述加熱 裝置是功率電阻，所述功率電阻貼在所述艾灸頭上。
【文檔編號】A61H39/06GK205515519SQ201521116623
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月29日
【發明人】張龍, 陳建生, 姚文明, 高靜
【申請人】中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所