專利名稱：一種溫度控制系統的制作方法
技術領域：
一種溫度控制系統技術領域[0001]本實用新型涉及一種溫度控制系統，尤其涉及一種高精度低成本小體積溫度控制 系統。
背景技術：
[0002]目前使用的溫控器大致有以下幾類:[0003]第一類電接點溫度計控溫，其原理是，當溫度低于給定值時，將加熱器接通，高于 給定值時，斷開加熱器。[0004]第二類用比較集成電路(比如LM339等)的電子控溫器。其原理是，用溫度傳感器 把溫度變成電信號，同給定值比較，大于給定值時斷開加熱器，小于給定值時接上加熱器。 為了斷開或接上加熱器，有用繼電器的，也有用雙向可控硅的。[0005]以上兩種方法通稱‘繼電器控制’或‘乒乓控制’。比如非變頻式冰箱，非變頻式空 調機等，都是此類控制。特點是要么加上全部功率，要么一點不加。這樣的控制會導致被控 溫度在很大范圍內波動，尤其是被控對象熱慣性大時，溫度波動更大，不能穩定在給定的溫度。[0006]第三類是目前大量使用的單片機設計控溫系統。根據所用軟件，可設計成上述的 ‘乒乓控制’，有點浪費資源，更多的是設計成所謂的‘線性控制’，過渡過程結束后，被控溫 度穩定在給定值不變，在有差控制系統，被控量同給定值之間會有一定微小的靜差，但是仍 穩定在一定值不變。所用的算法大致有:PID控制，模糊控制，神經網絡控制等。這類控制 的缺點是:大多數系統復雜，設計難度大，成本高，體積大，不宜在小產品上使用。[0007]第四類是采用脈寬調制芯片TL494作溫度控制，見于2009年〈自動化技術與應用 >雜志。這是目前能搜索到的這種方法唯一的資料。但是該資料采用PWM脈沖的頻率為60 赫茲(周期16.7毫秒)，顯然無法用脈寬調制(PWM)方法控制50赫茲(周期20毫秒)交流電 的功率，也就不能有效地控制溫度了。而且元件數量較多、體積較大、成本較高。實用新型內容[0008]本實用新型的目的是針對目前已有的各種溫度控制器存在的精度不高、結構復 雜、成本高、體積大及設計難度大的不足，提供一種溫度控制系統。[0009]本實用新型是一種溫度控制系統，該系統由交流電源、12伏穩壓電源模塊、脈寬調 制模塊、雙向可控硅輸出模塊、溫度信號采集模塊、溫度控制器模塊組成；其中，所述交流電 源分別與12伏穩壓電源模塊、雙向可控娃輸出模塊相連；[0010]所述12伏穩壓電源模塊分別與脈寬調制模塊及溫度信號采集模塊相連；[0011]所述脈寬調制模塊分別與溫度控制器模塊、溫度信號采集模塊、雙向可控硅輸出 模塊相連。[0012]所述雙向可控硅輸出模塊由雙向可控硅與加熱器串聯組成。[0013]所述脈寬調制模塊采用芯片的型號為MB3759。[0014]所述溫度信號采集模塊為采用電流輸出型溫度傳感器AD590。[0015]所述加熱器上采用氖燈作為指示燈。[0016]所述12伏穩壓電源模塊采用電容器限流、穩壓兩極管穩壓。[0017]所述溫度控制器模塊采用多圈電位器調節。[0018]所述雙向可控硅輸出模塊的控制信號由脈寬調制模塊提供。[0019]所述脈覽調制|吳塊的脈沖頻率為0.5赫茲、周期為2秒。[0020]本發明的有益效果:本實用新型使用的元件數量少，只用了 21個元件，大部分都 是小電阻、小電容，體積很小，價格便宜，成本低，功耗低，只有0.26瓦，符合節能減排的要 求，閉環控制系統采用脈寬調制方法進行的溫度自動控制，達到了控溫精度高、控制器體積 小的目的。
[0021]圖1為該系統的溫控系統原理圖。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖1和具體實施例對本發明做進一步說明，附圖1中用點線框出了系 統的六個部分，并且用箭頭標示出了各部分之間信息傳遞方向。[0023]交流電源分別與12伏穩壓電源模塊、雙向可控硅輸出模塊相連、并為它們提供 220伏的電壓。12伏穩壓電源模塊分別與脈寬調制模塊及溫度信號采集模塊相連，并為它 們提供12伏的穩定電壓，使它們能夠正常地工作。MB3759集成塊提供的5伏輸出電壓與溫 度控制器模塊相連，并給它提供5伏穩定的工作電壓。脈寬調制模塊分別與溫度控制器模 塊、溫度信號采集模塊、雙向可控硅輸出模塊相連。溫度信號采集模塊采用電流輸出型溫度 傳感器AD590，把AD590放在被控對象的溫度環境里，因為是電流輸出型傳感器，所以引線 的長短既不會造成信號誤差也不容易引入干擾，而且采集到的溫度精度高。[0024]溫度控制器模塊:從+5伏電壓用電阻R5、R8、RK2分壓取出一定值的電壓，用于溫 度給定值信號。[0025]溫度信號采集模塊:溫度傳感器AD590的兩端加上+12伏電壓，可以輸出一個同 溫度成正比的電流；此電流只同AD590所在的環境溫度有關，同它兩端所加電壓無關。同 AD590串聯的電阻器R7兩端可產生同溫度成正比的電壓信號，此電壓信號就是溫度信號。[0026]12伏穩壓電源模塊:采用0.3微法/400伏的無極性電容器C5限流，經半波倍壓整 流后，用穩壓管DW穩壓在12伏，可提供20毫安直流電流；系統所需電流只有十幾毫安，所 以足夠用了。只用了 5個小元件。這樣避免了通常的變壓器供電或開關電源供電體積大、 成本高的缺點。采用此電源供電的控制器具有體積小，成本低，耗電少，耗電只有0.26瓦的 優點。[0027]雙向可控硅輸出模塊:將雙向可控硅97A6同加熱器串連起來接入220伏交流電 源，在可控硅控制極上經限流電阻R13加正的直流電壓時，它就導通，使加熱器通上220伏 交流電；當它的控制極不加電壓時，在220伏交流電過零時，它就截止，使加熱器斷電。將 氖管NEON串聯一個限流電阻R15，跨接在加熱器兩端；當加熱器通電時氖管就亮，斷電時就 滅，用來做通電、斷電指示。[0028]脈寬調制模塊:脈寬調制集成塊MB3759的誤差放大器正輸入端I腳的電壓信號減 負輸入端2腳的電壓信號之差稱誤差信號，此誤差信號被放大20倍后控制(經第9、10腳輸 出的)PWM脈沖的占空比:誤差越大，PWM的占空比越小。由電阻Rll和電容C3產生的PWM 脈沖周期為2秒(2000毫秒)。[0029]雙向可控硅輸出模塊:由脈寬調制模塊直接提供可控硅觸發脈沖PWM。把氖管 NEON同電阻R15串聯后并聯在加熱器上，顯示加熱器的通電、斷電狀態。系統剛接上220伏 電源時，由于被控對象的溫度和給定值相差很大，PWM脈沖的占空比大，氖管在2秒周期內 亮的時間多、滅的時間少。隨著溫度逼近給定值，占空比逐漸減少，亮的時間逐漸減少，滅的 時間逐漸增多。最后達到平衡，亮和滅的時間之比不變，溫度也就不變了。這就是閉環自動 控制系統用PWM方法控制溫度的過程。非常直觀地顯示出來；以此可以直觀地觀察系統工 作是否正常。[0030]當用戶想讓被控溫度穩定在一個定值時，用戶可以通過溫度控制器模塊來設定一 個給定值，當用戶設定好這個給定值時，該給定值信號會經R6送到脈寬調制模塊的誤差放 大器負輸入端2腳；同時由溫度信號采集模塊產生的被控對象的溫度信號經R3送到脈寬調 制模塊的誤差放大器正輸入端I腳；在脈寬調制模塊內，這兩個信號之差(被稱為“誤差”) 被放大20倍后，用來控制(脈寬調制模塊產生的)PWM脈沖(周期為2000毫秒)的占空比； 脈寬調制模塊從第9、10腳把PWM脈沖經電阻R13送到雙向可控硅輸出模塊，以控制可控硅 97A6在2000毫秒周期內導通的時間長短。在2000毫秒內，在PWM脈沖的高電平時可控硅導 通，220伏電壓加到加熱器上；低電平時可控硅截止，加熱器斷電，停止加熱。開始時，溫度 信號采集模塊檢測到的被控對象的實際溫度低于給定值時，PWM脈沖的占空比為1，所以可 控硅一直導通，加熱器上的功率為全功率，加熱器開始加熱，使被控溫度升高。隨著被控溫 度的上升，當溫度信號采集模塊檢測到的實際溫度高于給定值時，PWM脈沖的占空比會小于 I，溫度高的越多，PWM脈沖的占空比就越小，從而減少了加熱器上的功率，使溫度降低。溫度 高的越少，PWM脈沖的占空比就越大，從而提高了加熱器上的功率，使被控溫度上升。這一 調節的過渡過程結束后，被控溫度就會穩定在一個固定值。這里采用的是有差控制系統，但 靜差(所謂“靜差”是調整過程結束后的誤差)很小。由于采用2000毫秒的PWM周期，可控 制200個50赫茲的半波，如果加熱器的功率為40瓦，本控制器的功率控制分辨率為40/200 =0.2瓦，所以控制的穩定精度可以達到0.5度以上。
權利要求1.一種溫度控制系統，其特征在于，該系統由交流電源、12伏穩壓電源模塊、脈寬調制 模塊、雙向可控硅輸出模塊、溫度信號采集模塊、溫度控制器模塊組成；其中，所述交流電源 分別與12伏穩壓電源模塊、雙向可控娃輸出模塊相連；所述12伏穩壓電源模塊分別與脈寬調制模塊及溫度信號采集模塊相連；所述脈寬調制模塊分別與溫度控制器模塊、溫度信號米集模塊、雙向可控娃輸出模塊 相連。
2.根據權利要求1所述一種溫度控制系統，其特征在于，所述雙向可控娃輸出模塊由 雙向可控硅與加熱器串聯組成。
3.根據權利要求1所述一種溫度控制系統，其特征在于，所述脈寬調制模塊采用芯片 的型號為MB3759。
4.根據權利要求1所述一種溫度控制系統，其特征在于，所述溫度信號采集模塊為采 用電流輸出型溫度傳感器AD590。
5.根據權利要求2所述一種溫度控制系統，其特征在于，所述加熱器上采用氖燈作為 指示燈。
6.根據權利要求1所述一種溫度控制系統，其特征在于，所述12伏穩壓電源模塊采用 電容器限流、穩壓兩極管穩壓。
7.根據權利要求1所述一種溫度控制系統，其特征在于，所述溫度控制器模塊采用多 圈電位器調節。
8.根據權利要求1所述一種溫度控制系統，其特征在于，所述雙向可控娃輸出模塊的 控制信號由脈寬調制模塊提供。
9.根據權利要求1所 述一種溫度控制系統，其特征在于，所述脈寬調制模塊的PWM脈 沖頻率為0.5赫茲、周期為2秒。
專利摘要本實用新型公開了一種溫度控制系統，尤其涉及一種高精度小體積低成本溫度控制系統。該系統由交流電源、12伏穩壓電源模塊、脈寬調制模塊、雙向可控硅輸出模塊、溫度信號采集模塊、溫度控制器模塊組成；其中，所述交流電源分別與12伏穩壓電源模塊、雙向可控硅輸出模塊相連；所述12伏穩壓電源模塊分別與脈寬調制模塊及溫度信號采集模塊相連；所述脈寬調制模塊分別與溫度控制器模塊、溫度信號采集模塊、雙向可控硅輸出模塊相連。本實用新型使用的元件數量少，體積很小，價格便宜，成本低，功耗低，符合節能減排的要求，閉環控制系統采用脈寬調制方法進行的溫度自動控制，達到了控溫精度高、控制器體積小的目的。
文檔編號G05D23/20GK202975868SQ20122070701
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者賈靜平 申請人:華北電力大學