高精度多通道溫控系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及激光機溫度控制領域，尤其涉及一種具有多個溫度通道，且對激光機 大范圍進行高精度控制的溫控系統。
【背景技術】
[0002] 半導體激光器以其效率高、體積小、重量輕、價格低廉等特點在軍事、醫療、通訊等 領域發揮著無可替代的作用。由于此類激光器工作時需要保持高穩定的恒溫狀態來確保它 的輸出功率和波長，使激光器更加穩定。所以設計高集成度、體積小、高穩定度的溫度控制 系統成為亟待解決的問題。
[0003] 現在市場的激光器的溫控系統多為單通道的系統，如授權公告CN103076827A的 專利文件公開了一種小范圍內高精度溫度控制裝置，包括用于采集控溫對象的溫度采集模 塊、用于控制控溫對象溫度的溫度制模塊，所述溫度采集模塊為NTC熱敏電阻，所述溫度控 制模塊包括PID控制器、TEC驅動芯片和TEC制冷片；所述NTC熱敏電阻采集控溫對象進行 溫度采集后，將采集的溫度信息輸出給PID控制器，PID控制器對輸入的溫度信息和設定的 溫度信息進行數據處理后，輸出控制信號給TEC驅動芯片，TEC驅動芯片輸出溫度控制信號 給TEC制冷片，TEC制冷片對控溫對象進行加熱或者制冷。
[0004] 該通過PID電路的調節，最終使小范圍內的溫度與設定的溫度相同，并一直保持 穩定，并且溫度控制的速度快和精確；但是該系統只有一個熱敏電阻，而激光器的不同部 位溫度變化不同，且不同的部位溫度控制需求也不同，有的部位需要加熱，有的部位需要降 溫，該系統在同一時刻，只能進行加熱或者降溫，無法同時既加熱又制冷，且只能進行小范 圍的溫度控制。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種多通道，高精度的激光器溫度控制系統，該 溫度控制系統在同一時刻既可制冷也可制熱。
[0006] 為了解決上述問題，本發明采取的技術方案是：一種高精度多通道溫控系統，包括 溫度采集模塊、PID模塊、制冷/制熱模塊、MCU控制模塊和PWM輸出控制模塊，所述溫度采 集模塊包含至少兩組NTC熱敏電阻，所述制冷模塊包含至少兩組TEC制冷/熱器，所述TEC 制冷器與NTC熱敏電阻對應，所述NTC熱敏電阻安裝在激光器的不同部位，所述溫度采集模 塊與MCU控制模塊連接，所述PID模塊分別與MCU控制模塊和PWM輸出控制模塊連接，所述 PWM輸出控制模塊與TEC制冷/熱器連接。
[0007] 多個NTC熱敏電阻可以安裝在激光器的不同部位，感應不同部位的溫度變化，MCU 模塊、PID模塊、PWM輸出控制電路可以對每個NTC熱敏電阻的溫度變化進行獨立處理后輸 送對應的TEC制冷/制熱器，各個制冷器根據對應熱敏電阻的溫度變化獨立制冷或者制熱， 可以實現同一時刻對激光器不同部位既制冷又制熱，也可實現對激光器同一部位不同時候 進行加熱或制冷，以實現對激光器的每個部位實現精準的制冷或者制熱。
[0008] 作為優選，還包括通信模塊，所述通信模塊包含一個485轉換芯片，所述通信模塊 將UART信號轉換為485通訊電平信號，所述通信模塊與MCU控制模塊連接。通過通訊模塊 連接觀測設備，可是實現對系統運行狀態的觀測。
[0009] 作為優選，所述MCU控制模塊為ARM處理器，所述PID模塊設置在ARM處理器上。 通過ARM處理器的ADC引腳，可以連接多個NTC熱敏電阻，處理速度快，TEC制冷/制熱器 響應快，精度高，ARM處理器可以處理高精度的NTC熱敏電阻的微小溫度變化。
[0010] 作為優選，所述PID模塊計算出NTC熱敏電阻的輸出電壓，轉換為PWM信號的占空 比，然后將該占空比的PWM信號給PWM驅動芯片，PWM驅動芯片驅動對應的M0S管，輸出該 占空比的PWM信號給M0S管，M0S管按PWM驅動芯片輸出的頻率及占空比通斷，調整與M0S 對應的TEC制冷器輸出。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明的結構框圖；
[0012] 圖2為本發明的中溫度采集模塊中NTC熱敏電阻通道與ARM處理器的連接電路 圖；
[0013] 圖3為本發明中通訊模塊的電路圖；
[0014] 圖4為本發明中PWM輸出控制模塊中與圖2熱敏電阻相對應通道的電路圖。
【具體實施方式】
[0015] 本發明中的溫控系統采用四通道控制系統，既采用四個熱敏電阻，MCU控制模塊采 用ARM處理器，PID模塊設置在ARM芯片上，上述技術特征并不對本發明的保護范圍起限定 作用，以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0016] 如圖1所示，四路NTC熱敏電阻將溫度信號轉化為模擬電信號，模擬電信號經過 MCU控制模塊上的AD轉化模塊轉化為數字信號，數字信號經過PID模塊后轉化為對應通道 的PWM信號的占空比，然后將該占空比的PWM信號輸送給對應通道的PWM輸出控制模塊， PWM輸出控制模塊輸出電壓信號給對應通道的TEC制冷/制熱器，通過通訊模塊可以連接外 圍觀測設備，如顯示屏，實現對整個系統運行狀態的觀測，且系統配置模塊可以通過通訊模 塊將信號輸送給MCU控制模塊，對系統進行配置，設置系統運行系數，系統配置模塊也可以 直接與MCU控制模塊連接。
[0017] 熱敏電阻NTC0通道的溫度采集電路如圖2所示，NTC0的兩端分別與節點J41和 節點J42連接，節點J41和分壓電阻R104與3. 3V電壓連接，節點J41通過電路R107與ARM 處理器的ADC引腳PTB7連接，節點J42接地，兩個節點之間還連接一個電容C111，其中R104 的阻值為10ΚΩ，R107的阻值為1ΚΩ。其余的熱敏電阻分別對應ARM處理器相應的引腳， NTC2與ARM處理器的連接電路與NTC0通道基本相同，NTCUNTC3通道與ARM的連接電路與 NTC0通道的不同在于分壓電阻的阻值為4. 87ΚΩ，以適應不同溫度采集范圍NTC。
[0018] 通過ARM處理器的ADC引腳，可以連接多個NTC熱敏電阻，通過ARM處理器可以 對NTC熱敏電阻的溫度變化進行一一獨立處理，且處理速度快，TEC制冷/熱器響應快，精 度高，ARM處理器可以處理高精度的NTC熱敏電阻的微小溫度變化。
[0019] 通訊模塊的電路如圖3所示，ARM處理器的串口通信引腳PTB17和PTB16分別通過 200Ω的電阻與MAX3485芯片的R0和DI引腳連接，引腳PTB7通過200Ω的電阻與MAX3485 芯片的和引腳而和DE端連接，引腳云互和DE通過10ΚΩ的電阻R321接地，MAX3485芯片 的引腳VCC連接3. 3V的電壓，引腳DI通過10K的電阻與3. 3電壓連接，引腳VCC與電線之 間還設有一個0. luP的電容，MAX3485芯片的引腳A、B分別通過瞬態電壓保護二極管SD05C 與地線連接，通過引腳A、B可以連接對外圍設備。
[0020] PWM輸出控制模塊控制四路TEC的輸出電壓，每一路的功能實現如下：運算器通過 PID模塊計算出當前通道NTC熱敏電阻的輸出電壓，轉換為指定頻率PWM信號的占空比，通 過對應的PWM輸出通道輸出相應占空比的PWM信號給PWM驅動芯片，PWM驅動芯片驅動對 應的M0S管，輸出對應的占空比PWM信號給M0S管，M0S按PWM驅動芯片輸出的頻率及占空 比通斷，實現快速調整相應通道的TEC制冷/熱器的輸出，達到快速溫控的目的。
[0021] 圖4為與熱敏電阻NTC0通道對應的PWM輸出控制電路圖，ARM處理器的PE7腳通 過1ΚΩ的電阻連接型號為IR-21844的PWM驅動芯片的SD_腳，SD_腳通過一電阻接地，引 腳PE7引腳用于控制PWM驅動芯片的使能功能，低電平使能輸出，高電平PWM驅動芯片不輸 出；ARM的PCT0引腳通過電阻R436連接PWM驅動芯片的IN腳，用于給PWM驅動芯片的PWM 信號輸入功能；PWM驅動芯片的H0和VS腳連接上M0S管T21的G和S極，PWM驅動芯片的 L0腳連接下M0S管T22的G極，當H0輸出高時T21導通，L0將同時輸出低，保證T22不導 通，此時向TEC輸出指定電壓，當H0輸出低，L0輸出高時，T21不導通，T22導通，通過T22 快速將L21中儲存的能量釋放；L21和C194為LC電路，將M0S管輸出的方波信號轉換為直 流電壓，輸出給TEC。F7為保險管，用于過流保護。熱敏電阻NTC1、2、3通道對應的PWM輸 出控制電路與NTC0通道基本相同，分別對應ARM芯片的對應引腳。
[0022] 綜上，多個NTC熱敏電阻可以設置在激光器的不同部位，感應不同部位的溫度變 化，ARM處理器、PID模塊、PWM輸出控制電路可以對每個NTC熱敏電阻的溫度變化進行獨立 處理后輸送對應的TEC制冷/熱器，各個制冷器根據對應熱敏電阻的溫度變化獨立制冷或 者制熱，可以實現同一時刻既制冷又制熱，對激光器的每個部位實現精準的制冷或者制熱， 且采用ARM處理器不僅響應速度快，且可以處理高精度的熱敏電阻的微小溫度變化。通過 通訊模塊連接觀測設備，可是實現對系統運行狀態的觀測，系統配置模塊可以設置整個系 統的運行參數，配置不同的工作狀態，通過J41、J42等節點，可以連接不同的負載，增加該 系統的適用性。
【主權項】
1. 一種高精度多通道溫控系統，包括溫度采集模塊、PID模塊、加熱/制冷模塊，其特征 在于：還包括MCU控制模塊、PWM輸出控制模塊，所述溫度采集模塊包含至少兩組NTC熱敏 電阻，所述加熱/制冷模塊包含至少兩組TEC制冷/熱器，所述TEC制冷器與NTC熱敏電阻 一一對應，所述NTC熱敏電阻安裝在激光器的不同部位，所述溫度采集模塊與MCU控制模塊 連接，所述PID模塊分別與MCU控制模塊和PWM輸出控制模塊連接，所述PWM輸出控制模塊 與TEC制冷/熱器連接。2. 根據權利要求1所述的高精度多通道溫控系統，其特征在于：還包括通信模塊，所述 通信模塊包含一個485轉換芯片，所述通信模塊將UART信號轉換為485通訊電平信號，所 述通信模塊與MCU控制模塊連接。3. 根據權利要求2所述的高精度多通道溫控系統，其特征在于：還包括一個系統配置 模塊，所述系統配置與通信模塊連接。4. 根據權利要求1所述的高精度多通道溫控系統，其特征在于：所述MCU控制模塊為 ARM處理器，所述PID模塊為運行在ARM處理器上的計算機子程序。5. 根據權利要求4所述的高精度多通道溫控系統，其特征在于：所述PID模塊計算出 NTC熱敏電阻的輸出電壓，轉換為PWM信號的占空比，然后將該占空比的PWM信號給PWM驅 動芯片，PWM驅動芯片驅動對應的MOS管，輸出該占空比的PWM信號給MOS管，MOS管按PWM 驅動芯片輸出的頻率及占空比通斷，調整與MOS對應的TEC制冷/熱器輸出。
【專利摘要】本發明公開了一種高精度多通道溫控系統，包括溫度采集模塊、PID模塊、制冷模塊、MUC控制模塊和PWM輸出控制模塊，所述溫度采集模塊包含至少兩組NTC熱敏電阻，所述制冷模塊包含至少兩組TEC制冷器，所述TEC制冷/熱器與NTC熱敏電阻一一對應，所述NTC熱敏電阻安裝在激光器的不同部位，多個NTC熱敏電阻可以安裝在激光器的不同部位，感應不同部位的溫度變化，MCU模塊、PID模塊、PWM輸出控制電路可以對每個NTC熱敏電阻的溫度變化進行獨立處理后輸送對應的TEC制冷/熱器，各個制冷器根據對應熱敏電阻的溫度變化獨立制冷或者制熱，可以實現同一時刻對激光器不同部位既制冷又制熱，也可以同一部位在不同時刻進行制冷或加熱，對激光器的每個部位實現精準的溫度控制。
【IPC分類】G05D23/32
【公開號】CN105353804
【申請號】CN201510751507
【發明人】周世平, 沈宏華, 張堅發, 柯順琦
【申請人】銳萊特精密光電技術無錫有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月6日