一种加热温度可调的温度精确控制电路及其运行方法技术

本发明专利技术公开一种加热温度可调的温度精确控制电路及其运行方法，电路包括单片机、温度传感器、开关管、加热电路、电压转换器、比较器以及接地开关，电压转换器的输出端分别连接温度传感器、比较器和单片机，温度传感器还分别连接比较器和单片机的输入端，开关管共设置有四路，分别接单片机PWM输出；开关管外接加热电路，接地开关连接比较器和保险丝，保险丝连接接地开关与电压转换器；本发明专利技术利用单片机的IO口输出四路PWM控制信号，各路的占空比独立可调，因而可驱动四路外接加热电路，从而实现输液加热的分段控制，使输液加热装置的输出液体温度更加精准，实验表明使用该温度控制电路可将液体温度控制在38

【技术实现步骤摘要】
一种加热温度可调的温度精确控制电路及其运行方法


[0001]本专利技术属于电加热领域，具体涉及一种加热温度可调的温度精确控制电路及其运行方法。

技术介绍

[0002]在寒区或寒冷条件下对病人进行输液，当液体温度低于人体温度时，由于热量交换人体温度会逐渐降低，会引起病人的不适和痛苦，严重时可产生低温症从而危及生命。为应对这一问题，可采用电加热方式在液体输入人体前对液体预先进行加热。一般情况下，电加热方式形成的输液加热装置主要包含温度控制电路、加热电路、电源等功能单元，其中可以控制加热温度的温度控制电路是其中的一个核心关键，对于输液加热装置的精度和安全性都要较高的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在提供一种加热温度可调的温度精确控制电路，主要通过温度传感器测量温度后送入单片机，由单片机输出多路控制信号，外接加热电路后可实现液体温度的精确加热；与此同时温度传感器输出至比较器等形成保护电路，一旦液体温度过高则切断电源，防止异常发生时造成的过热。采集温度传感器的电压并将之转换为温度，同时将该温度与预期输出温度比较后采用PID(比例
‑
积分
‑
微分)算法输出控制信号。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是，一种加热温度可调的温度精确控制电路，包括单片机、温度传感器、开关管、加热电路、电压转换器、比较器以及接地开关，电压转换器的输出端分别连接温度传感器、比较器和单片机，温度传感器还分别连接比较器和单片机的输入端，开关管共设置有四路，分别接单片机PWM输出；开关管外接加热电路，接地开关连接比较器和保险丝，保险丝连接接地开关与电压转换器。
[0005]比较器的输出端连接接地开关。
[0006]开关管均采用N型MOSFET，栅极分别连接至单片机的四路PWM输出R1、R3、R5和R7，当PWM信号为高电平时开关管导通。
[0007]单片机第3脚连接温度传感器电路RT1分压，第3脚接入单片机内置的模拟数字装换器，所述模拟数字装换器接R1、R3、R5和R7四个IO口。
[0008]设置两路温度传感器，所述温度传感器均采用NTC热敏电阻；并分别串联至分压电阻R9和分压电阻R10；分压电阻R9的RT1分压检测端接入单片机，分压电阻R10的RT2分压检测端接入比较器同相输入端Vin+。
[0009]基于本专利技术所述温度精确控制电路的运行方法，单片机通过开关管向加热电路输出多路控制信号，加热电路实现液体温度的精确加热；
[0010]温度传感器实时将监测温度送入单片机，与此同时温度传感器将实时温度输出至比较器形成保护电路，液体温度过高则切断电源。
[0011]温度传感器将电压转换为温度，同时单片机将该温度与预期输出温度比较后采用
PID算法输出控制信号。
[0012]比较器U3、接地开关Q4和保险丝F1形成过热保护电路；比较器反相输入端Vin
‑
通过电阻R11和电阻R12串联的分压提供稳定参考电压，正常情况下Vin+小于Vin
‑
，比较器输出为低电平；当单片机液体加热超过设定温度时，RT2分压增大导致Vin+大于Vin
‑
，比较器输出高电平，接地开关采用N型MOS，当比较器输出为高电平时导通，使外接高压电源接地，从而导致流经保险丝的电流超过其熔断值，保险丝熔断切断整个电路的电源，同时，外接高压电源通过所述保险丝为外接加热电路供电，保险丝熔断同样切加热电路，从而停止给液体加热。
[0013]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0014]本专利技术利用单片机的IO口输出四路PWM控制信号，各路的占空比独立可调，因而可驱动四路外接加热电路，从而实现输液加热的分段控制，使输液加热装置的输出液体温度更加精准，实验表明使用该温度控制电路可将液体温度控制在38
±
0.5℃。此外，本专利技术采用了过热保护电路设计，这是一种纯硬件保护，可以有效防止单片机程序崩溃、输液时液体输完等异常条件下加热温度过高的问题，从而提高电加热方式下输液加热装置的安全性。
附图说明
[0015]图1为本专利技术一种可实施的系统功能结构图。
[0016]图2为本专利技术一种可实施的温度传感器电路图。
[0017]图3为本专利技术一种可实施的单片机电路图。
[0018]图4为本专利技术一种可实施的开关管电路图。
[0019]图5为本专利技术一种可实施的过热保护电路图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术进行详细阐述。
[0021]1.系统功能结构
[0022]如图1所示，整个电路以单片机为核心，单片机连接温度传感器，测量液体温度后输出信号控制开关管，开关管可外接加热电路，从而实现加热功率的精确控制；同时温度传感器输出至比较器来控制接地开关，当液体温度过高时接地开关导通导致保险丝熔断，从而切断温度控制电路以及整个输液加热装置的电源，实现输液加热过热时的保护；电压转换器主要将电路外接高压电源转换成温度控制电路正常工作所需的低压。
[0023]2.温度传感器电路
[0024]如图2所示，电路中包含两路温度传感器，均采用NTC热敏电阻，并串联至分压电阻R9/R10。当温度变化时热敏电阻阻值变换，造成分压电阻上的分压发生变化。单片机测量R9上的分压RT1后可将其转换成温度，R10上的分压RT2连接至比较器实现过热保护。
[0025]3.单片机电路
[0026]如图3所示，单片机第3脚连接温度传感器电路RT1分压，并利用内置ADC(模拟数字装换器)将其采样成数字量，然后将电压值转换成温度并计算出控制量。该控制量为PWM(脉冲宽度调制)的占空比，并从R1、R3、R5和R7四个IO口输出四路占空比动态变化PWM信号控制开关管。
[0027]4.开关管电路
[0028]如图4所示，开关管共4路，均采用N型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，栅极分别连接至单片机的4路PWM输出R1、R3、R5和R7，当PWM信号为高电平时开关管导通，使外接加热电路接地进行工作。由于PWM具有动态占空比，因而可动态控制外接加热电路的功率，实现加热温度的精确控制。
[0029]5.过热保护电路
[0030]如图5所示，比较器U3、接地开关Q4和保险丝F1构成过热保护电路。其中比较器反相输入端Vin
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通过R11和R12两个电阻串联的分压提供稳定参考电压，比较器同相输入端Vin+连接温度传感器中的RT2分压，正常情况下Vin+小于Vin
‑
，比较器输出为低电平；但当单片机软件崩溃、输液时液体输完等异常发生导致液体加热超过设定温度时，RT2分压增大导致Vin+大于Vin
‑
，比较器输出高电平。接地开关采用N型MOS，当比较器输出为高电平时导通，使外接高压电源接地，从而导致流经保险丝的电流超过其熔断值，保险丝熔断切断整个电路的电源。与此同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加热温度可调的温度精确控制电路，其特征在于，包括单片机、温度传感器、开关管、加热电路、电压转换器、比较器以及接地开关，电压转换器的输出端分别连接温度传感器、比较器和单片机，温度传感器还分别连接比较器和单片机的输入端，开关管共设置有四路，分别接单片机PWM输出；开关管外接加热电路，接地开关连接比较器和保险丝，保险丝连接接地开关与电压转换器。2.根据权利要求1所述的加热温度可调的温度精确控制电路，其特征在于，比较器的输出端连接接地开关。3.根据权利要求1所述的加热温度可调的温度精确控制电路，其特征在于，开关管均采用N型MOSFET，栅极分别连接至单片机的四路PWM输出R1、R3、R5和R7，当PWM信号为高电平时开关管导通。4.根据权利要求3所述的加热温度可调的温度精确控制电路，其特征在于，单片机第3脚连接温度传感器电路RT1分压，第3脚接入单片机内置的模拟数字装换器，所述模拟数字装换器转换结果用于PID输出PWM控制信号接至R1、R3、R5和R7四个IO口。5.根据权利要求1所述的加热温度可调的温度精确控制电路，其特征在于，设置两路温度传感器，所述温度传感器均采用NTC热敏电阻；并分别串联至分压电阻R9和分压电阻R10；分压电阻R9的RT1分压检测端接入单片机，分压电阻R10的RT2分压检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，吕昊，焦腾，姚丽，杨薛康，潘鹭翔，李俊杰，骆文静，张文斌，韩涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军军医大学，
类型：发明
国别省市：