一种全自动的数字自适应控温装置及其控温方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全自动的数字自适应控温装置及其控温方法。本发明专利技术采用两次试探性控温信号确定控温方向，再按照控温方向并根据上一次温度采样值、本次温度采样值、上次控温信号的脉冲宽度确定本次的控温信号的脉冲宽度将控温目标的温度控制到参考温度值，能够实现完全自动的自适应温度调节；节约资源，提高精度，降低功耗，有利于系统温度长期处于稳定状态；无需用户确保控温器件控温方向与程序逻辑设定是否一致，控温装置可以进行开机自检确定控温负反馈方向；本发明专利技术解决了现有控温系统存在的无法完全实现完全自适应，不能更好的和控温目标适配，无法实现全自动，需要用户标定，纠错率低等问题。

A fully automatic digital adaptive temperature control device and its temperature control method

The invention discloses a fully automatic digital self-adaptive temperature control device and a temperature control method thereof. The invention adopts two exploratory temperature control signals to determine the temperature control direction, and then determines the pulse width of the temperature control signal according to the temperature control direction and the last temperature sampling value, the temperature sampling value and the pulse width of the last temperature control signal to control the temperature of the temperature control target to the reference temperature value, so as to realize complete automation. Adaptive temperature regulation; saving resources, improving accuracy, reducing power consumption, is conducive to the long-term stability of the system temperature; without the need for users to ensure that the temperature control direction of the temperature control device is consistent with the program logic settings, the temperature control device can start self-test to determine the negative feedback direction of temperature control; the invention solves the existing temperature control system. There are some problems such as incomplete self-adaptation, incompatibility with temperature control target, incomplete automation, user calibration and low error correction rate.

【技术实现步骤摘要】
一种全自动的数字自适应控温装置及其控温方法
本专利技术涉及全自动自适应控温技术，具体涉及一种全自动的数字自适应控温装置及其控温方法。
技术介绍
实践表明，现有控温技术由于自身原理有限，存在如下问题：其一，不能实现完全自适应：现有控温技术负反馈增益固定，在用户使用前需要进行标定，在控温过程中不能根据每次控温的实际情况进行改变，浪费主控数字芯片计算资源，精度低，效率低，功耗大。其二，不能全自动控制温度：除了需要用户设定参考温度，还需要用户设置固定的负反馈增益，另外还需要确保控温器件控温方向与设定保持一致。这使得控温场景受限，不易在无人操作的情况下使用，纠错能力低。
技术实现思路
为了解决现有控温装置不能实现完全自适应和不能全自动的缺点，本专利技术提出了一种全自动的数字自适应控温装置及其控温方法。本专利技术的一个目的在于提出一种全自动的数字自适应控温装置。本专利技术的全自动的数字自适应控温装置包括：温度传感器、温度采样电路、模数转换单元、主控数字芯片、控温器件驱动电路、控温器件和基准温度设定电路；其中，温度传感器位于控温目标的表面；温度传感器的输出端连接至温度采样电路的输入端；温度采样电路的输出端连接至模数转换单元的输入端；模数转换单元的输出端与主控数字芯片的信号端相连接；基准温度设定电路的输出端连接至主控数字芯片的控制端；主控数字芯片的输出端连接至控温器件驱动电路的输入端；控温器件驱动电路的输出端连接至控温器件的输入端；控温器件紧贴控温目标的表面；通过基准温度设定电路将控温目标的参考温度值设置至主控数字芯片；温度传感器采集控温目标的温度，将温度值转换为电信号传输至温度采样电路；温度采样电路将电信号转换成电压信号后传输至模数转换单元；主控数字芯片向模数转换单元发送采样信号，模数转换单元将电压信号转化为数字信号后传输至主控数字芯片，主控数字芯片得到温度采样值；主控数字芯片根据本次温度采样值、上次温度采样值、参考温度值以及上次控温信号的脉冲宽度设定本次控温信号的脉冲宽度，向控温器件驱动电路发送控温信号，控温器件驱动电路将控温信号转换成电信号并驱动控温器件工作；控温器件根据控温信号进行对应脉冲宽度的升温或降温，从而控制控温目标的温度至参考温度值。温度传感器采用电流温度传感器、电压温度传感器或热敏电阻；将测量的温度值转换为对应的电流值、电压值或者电阻值。温度采样电路对温度传感器产生的与温度对应的电压值、电流值或电阻值进行处理，转换成供模数转换使用的电压信号。主控数字芯片为内置自适应控温程序的单片机、现场可编程门阵列(FPGA)芯片或复杂可编程逻辑器件(CPLD)芯片。本专利技术的另一个目的在于提供一种全自动的数字自适应控温装置的控温方法。本专利技术的全自动的数字自适应控温装置的控温方法，包括以下步骤：1)主控数字芯片上电启动，根据需求通过基准温度设定电路将控温目标的参考温度值Tset设置至主控数字芯片，然后对主控数字芯片的内部寄存器进行初始化，根据主控数字芯片输出将模数转换单元初始化，由此完成全自动的数字自适应控温装置的初始化；2)温度传感器采集控温目标的温度，将温度值转换为电信号传输至温度采样电路；温度采样电路将电信号转换成电压信号后传输至模数转换单元；3)主控数字芯片向模数转换单元发出第一试探性采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片；4)主控数字芯片得到第一次试探温度采样值TB1并存储；5)设置第一次试探性控温信号的脉冲宽度t01以及第一次试探性控温信号的控温方向，控温方向为制冷或制热，主控数字芯片向控温器件驱动电路发出第一次试探性控温信号；6)第一次试探性控温结束后，主控数字芯片向模数转换单元发出第二试探性采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片；7)主控数字芯片得到第二次试探温度采样值TB2并存储；8)主控数字芯片根据第一次试探温度采样值TB1、第二次试探温度采样值TB2和参考温度值设定负反馈的控温方向，之后的控温一直按照这个控温方向进行；9)设置第二次试探性控温信号的脉冲宽度t02，主控数字芯片按照步骤8)中确定的控温方向向控温器件驱动电路发出第二次试探性控温信号；10)主控数字芯片向模数转换单元发出第n次采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片，n＝1,2,3,4,5……；11)主控数字芯片得到第n次温度采样值Tn并存储；12)主控数字芯片按照步骤8)中确定的控温方向向控温器件驱动电路发出第n次控温信号，第n次控温信号的脉冲宽度τn为：其中，Tn为第n次温度采样值，Tn-1为第n-1次温度采样值，τn-1为第n-1次控温信号的脉冲宽度，T0＝TB2，τ0＝t02；13)由于控温目标温度漂移，重复步骤10)～12)，持续控制控温目标的温度；14)控温结束时，关闭电源，停止控温。其中，在步骤5)中，第一次试探性控温，用于确定控温负反馈方向，第一次试探性脉冲宽度的宽度根据控温目标的比热容进行用户自主设置，设置的最小脉冲宽度不得小于ADC的分辨率。在步骤8)中，第一次试探温度采样值TB1和参考温度值的差值的绝对值|TB1-Tset|，与第二次试探温度采样值TB2和参考温度值的差值的绝对值|TB2-Tset|，如果|TB1-Tset|＜|TB2-Tset|，则控温方向与第一次试探性控温方向相反，反之如果|TB1-Tset|＞|TB2-Tset|，则控温方向与第一次试探性控温方向相同。在步骤9)中，第二次试探性控温信号的脉冲宽度根据控温目标的比热容进行用户自主设置，设置的最小脉冲宽度不得小于ADC的分辨率。本专利技术的优点：本专利技术采用两次试探性控温信号确定控温方向，再按照控温方向并根据上一次温度采样值、本次温度采样值、上次控温信号的脉冲宽度确定本次的控温信号的脉冲宽度将控温目标的温度控制到参考温度值，能够实现完全自动的自适应温度调节；第一、实现完全自适应：每次的负反馈增益根据上一次控温情况确定，能够与控温目标情况得到完全适配，节约资源，提高精度，降低功耗，有利于系统温度长期处于稳定状态；第二、实现全自动：无需用户确保控温器件控温方向与程序逻辑设定是否一致，控温装置可以进行开机自检确定控温负反馈方向；本专利技术解决了现有控温系统存在的无法完全实现完全自适应，不能更好的和控温目标适配，无法实现全自动，需要用户标定，纠错率低等问题。附图说明图1为本专利技术的全自动的数字自适应控温装置的结构框图；图2为本专利技术的全自动的数字自适应控温方法的流程图。具体实施方式下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本专利技术。如图1所示，本实施例的全自动的数字自适应控温装置包括：温度传感器、温度采样电路、模数转换单元ADC、主控数字芯片、控温器件驱动电路、控温器件和基准温度设定电路；其中，温度传感器紧贴控温目标的上表面；温度传感器的输出端连接至温度采样电路的输入端；温度采样电路的输出端连接至模数转换单元的输入端；模数转换单元的输出端与主控数字芯片的信号端相连接；基准温度设定电路连接至主控数字芯片的控制端；主控数字芯片的输出端连接至控温器件驱动电路的输入端；控温器件驱动电路的输出端连接至控温器件的输入端；控温器件紧贴控温目标的下表面。温度传感器采用热敏电阻；温度采样电路对温度传感器产生的电阻值转换成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动的数字自适应控温装置的控温方法，其特征在于，所述控温方法包括以下步骤：1)主控数字芯片上电启动，根据需求通过基准温度设定电路将控温目标的参考温度值Tset设置至主控数字芯片，然后对主控数字芯片的内部寄存器进行初始化，根据主控数字芯片输出将模数转换单元初始化，由此完成全自动的数字自适应控温装置的初始化；2)温度传感器采集控温目标的温度，将温度值转换为电信号传输至温度采样电路；温度采样电路将电信号转换成电压信号后传输至模数转换单元；3)主控数字芯片向模数转换单元发出第一试探性采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片；4)主控数字芯片得到第一次试探温度采样值TB1并存储；5)设置第一次试探性控温信号的脉冲宽度t01以及第一次试探性控温信号的控温方向，控温方向为制冷或制热，主控数字芯片向控温器件驱动电路发出第一次试探性控温信号；6)第一次试探性控温结束后，主控数字芯片向模数转换单元发出第二试探性采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片；7)主控数字芯片得到第二次试探温度采样值TB2并存储；8)主控数字芯片根据第一次试探温度采样值TB1、第二次试探温度采样值TB2和参考温度值设定负反馈的控温方向，之后的控温一直按照这个控温方向进行；9)设置第二次试探性控温信号的脉冲宽度t02，主控数字芯片按照步骤8)中确定的控温方向向控温器件驱动电路发出第二次试探性控温信号；10)主控数字芯片向模数转换单元发出第n次采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片，n＝1,2,3,4,5……；11)主控数字芯片得到第n次温度采样值Tn并存储；12)主控数字芯片按照步骤8)中确定的控温方向向控温器件驱动电路发出第n次控温信号，第n次控温信号的脉冲宽度τn为：...

【技术特征摘要】
1.一种全自动的数字自适应控温装置的控温方法，其特征在于，所述控温方法包括以下步骤：1)主控数字芯片上电启动，根据需求通过基准温度设定电路将控温目标的参考温度值Tset设置至主控数字芯片，然后对主控数字芯片的内部寄存器进行初始化，根据主控数字芯片输出将模数转换单元初始化，由此完成全自动的数字自适应控温装置的初始化；2)温度传感器采集控温目标的温度，将温度值转换为电信号传输至温度采样电路；温度采样电路将电信号转换成电压信号后传输至模数转换单元；3)主控数字芯片向模数转换单元发出第一试探性采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片；4)主控数字芯片得到第一次试探温度采样值TB1并存储；5)设置第一次试探性控温信号的脉冲宽度t01以及第一次试探性控温信号的控温方向，控温方向为制冷或制热，主控数字芯片向控温器件驱动电路发出第一次试探性控温信号；6)第一次试探性控温结束后，主控数字芯片向模数转换单元发出第二试探性采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片；7)主控数字芯片得到第二次试探温度采样值TB2并存储；8)主控数字芯片根据第一次试探温度采样值TB1、第二次试探温度采样值TB2和参考温度值设定负反馈的控温方向，之后的控温一直按照这个控温方向进行；9)设置第二次试探性控温信号的脉冲宽度t02，主控数字芯片按照步骤8)中确定的控温方向向控温器件驱动电路发出第二次试探性控温信号；10)主控数字芯片向模数转换单元发出第n次采样信号，模数转换器将电压信号转换为数字信号并传输至主控数字芯片，n＝1,2,3,4,5……；11)主控数字芯片得到第n次温度采样值Tn并存储；12)主控数字芯片按照步骤8)中确定的控温方向向控温器件驱动电路发出第n次控温信号，第n次控温信号的脉冲宽度τn为：其中，Tn为第n次温度采样值，Tn-1为第n-1次温度采样值，τn-1为第n-1次控温信号的脉冲宽度，T0＝TB2，τ0＝t02；13)重复步骤10)～12)，持续控制控温目标的温度；14)控温结束时，关闭电源，停止控温。2.如权利要求1所述的控温方法，其特征在于，在步骤5)中，第一次试探性控温，用于确定控温负反馈方向，第一次试探性脉冲宽度的宽度根据控温目标的比热容进行用户自主设置，设置的最小脉冲宽度不得小于ADC的分辨率。3.如权利要求1所述的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赫楠，李荟，于佳晨，熊炜，陈徐宗，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11