一种石墨电热板温度控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种石墨电热板温度控制装置，属于仪器设备自动控制领域。主控制器模块分别与温度采集模块、温度控制模块、按键模块、显示模块、报警模块、电源模块相连；温度采集模块中包含一个抗干扰辅助电路，为温度测量信号调节放大芯片提供稳定的电源电压和参考电压；电源模块为集成双电源设计，分别为温度控制模块和温度控制模块之外的模块提供电源。能有效提高石墨电热板度测量的可靠性、温度控制的准确性、加快温控平衡速度、减少继电器频繁开关，提高继电器使用寿命。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种石墨电热板温度控制装置
[0001 ] 本技术涉及仪器设备自动控制领域，尤其提供了一种石墨电热板温度控制装置。
技术介绍
现有各种实验室用的电加热板，其中石墨电热板最受消费者欢迎。石墨电热板具有面板米用耐酸喊、耐闻温的闻纯度石墨材料，专为实验室量身定做；具有加热面积大，能同时处理多个样品；各加热点温度均匀；升温速度快；耐用，作为工业上用于加热，它还具有连续工作时间长，可持续工作48小时以上的特点。但目前市面上的石墨电热板采用普通温控仪，存在温度测量不够准确、温度测量范围有限、温度控制算法简单和温控平衡时间长等缺陷。
技术实现思路
本技术的目的是针对
技术介绍
中的缺点和不足，为石墨电热板提供一种性能稳定可靠、温度控制准确、温控平衡时间短的数字式温度控制装置。本技术的技术方案是:一种石墨电热板温度控制装置，控制装置包括以下模块:主控制器模块、温度采集模块、温度控制模块、按键模块、显示模块、报警模块、电源模块。所述主控制器模块采用增强型C8051F410芯片作为控制器。C8051F410作为与51系列单片机完全兼容的增强型，继承了 51单片机的所有优点，且内部集成了数据采集与控制系统所需的几乎所有的模拟与数字外设。所述温度采集模块的整体技术方案是:采用K型热电偶测量石墨电热板的温度，选用AD849X芯片进行温度信号的调节放大。选用C8051F410内部12位A/D进行数值转换，电路简单实用。通过设计抗干扰辅助电路为AD849X芯片提供稳定的电源电压和参考电压，提高温度测量稳定性。所述温度控制模块的技术方案是:基于PWM脉冲宽度调制技术，采用分段式数字PID算法和抗积分饱和PID算法实现石墨电热板的精确温度控制，即通过PWM脉冲宽度调节继电器的通断时间，继电器的通断时间调节石墨电热板的加热时间，其中PWM脉冲宽度的计算由分段式数字PID算法和抗积分饱和PID算法综合实现。PWM脉冲宽度体现为PWM脉冲的占空比，占比高表示脉冲高电平时间长，否则高电平时间短。由于温度控制系统控制的石墨电热板具有惯性较大的特点，热量传递的时候也有阻力，所以将它归于具有纯滞后的惯性环节。对于这种存在大的滞后特性的过渡过程控制，采用以下控制方案:使用采集到的实际温度与期望温度进行PID (比例积分微分)运算，结果计为占空比K，编写单片机软件产生占空比为K的PWM(Pulse_Width Modulation,脉宽调制)脉冲信号控制继电器的通断时间，继而继电器控制石墨电热板中的电热丝的通电时间，以达到控制精准加热的目的。所述按键模块包括四个按键，分别为编号为按键O、按键1、按键2和按键3，通过按键组合方式，实现进入温度设定模式、退出温度设定模式、期望温度设定位左移、期望温度设定位右移、设定温度加1、设定温度减1、解除温度报警的功能。所述显示模块显示采用两组8位LED数码管显示。因为显示的内容只有数字，从实现的复杂度及成本考虑，都不需要选用液晶显示。第一组8位数码管显示期望温度，即设定温度，另一组8位数码管显示实际温度。所述报警模块技术方案是通过C8051F410芯片的I/O 口控制一个三极管的通断，三极管集电极与电源之间连接报警蜂鸣器，当三极管接通时，蜂鸣器发出声音，达到报警目的。所述报警模块的功能包括超限报警，即石墨电热板的测量温度超过设定温度值20摄氏度时发出超限报警，蜂鸣器发出急促的“滴滴滴”报警声音，此时若有按键按下，或温度已回落到设定温度以下时超限报警取消；定时报警，即设定的加热时间结束时，温度控制器停止石墨电热板加热，同时报警器发出间断的“滴滴”报警声音，持续51秒。所述电源模块输入220V交流市电，电源设计主要包括变压、整流、滤波、稳压四个部分。所述电源模块提供两组直流电源输出，一组大小为3V至12V，供给温度控制模块，另一组大小为5V，供给温度控制模块之外的模块。本技术的有益效果是:基于PWM脉冲宽度调制技术，采用分段式数字PID算法和抗积分饱和PID算法实现石墨电热板的温度控制，通过分段式数字PID算法减少继电器的频繁开关，提高继电器的使用寿命，通过抗积分饱和PID算法克服积分饱和危害，减少温控平衡时间；通过设计抗干扰辅助电路为温度测量信号的调节放大芯片提供稳定的电源电压和参考电压，提高温度测量稳定性；集成双电源设计，分别为温度控制模块和温度控制模块之外的其它模块提供电源。本技术为石墨电热板提供一种性能稳定可靠、温度控制准确、温控平衡时间短的分段式数字温度控制装置。【附图说明】图1为本技术的总体系统方框图；图2为本技术的主控制器电路原理图；图3为本技术的温度采集模块电路原理图；图4为本技术的温度控制模块电路原理图；图5为本技术的按键模块电路原理图；图6为本技术的显示模块电路原理图；图7为本技术的报警模块电路原理图；图8为本技术的电源模块电路原理图。【具体实施方式】由图1可知，本技术由主控制器模块、温度采集模块、温度控制模块、按键模块、显示模块、报警模块、电源模块组成。主控制器模块采用增强型C8051F410芯片作为控制器，执行温度采集、温度控制、按键设置、温度信息显示、报警功能。图2为本技术主控制器模块的电路原理图，图中C8051F410芯片为单片机；R22和C12组成复位电路，RESET复位信号连接C8051F410芯片的第2脚；FM24C02是存储芯片，SCL和SDA是信号线，分别连接C8051F410的第20脚和19脚，FM24C02与R41、R42及C15组成主控制器的存储单元，实现设定信息(包括设定温度、加热时间信息的存储)的存储；图中电容C11、C15、C16、C17和C18都是起到滤波作用；图中XS4是一个4针接口，接口一端的信号线TXD和RXD分别连接C8051F410芯片的第20脚和19脚，接口另一端可连接计算机串口，实现程序下载和调试；C8051F410芯片其它引脚功能与连接可参下面其它相应模块的说明。本技术的温度采集模块电路原理图如图3所示，图中XSl是一个2针接口，用于外接热电偶；热电偶采集的温度信号送入放大器AD849X的第I脚和第8脚，经过放大器AD849X调节和放大后从第6脚输出，并接入C8051F410芯片的第23脚；图中电容C8、C24和电感L1、L2组成抗干扰辅助电路，电路一端连接5V电源，即图中VCC_5V端子，通过C8滤波和L2隔离后从电路的另一端输出，即图中VCC_5V_temp端子，VCC_5V_temp端子还通过电容C24接地滤波，VCC_5V_temp端子为放大器AD849X提供稳定的5V电源电压；电源地通过电感LI隔离后作为放大器AD849X的参考电压，有效防止电源地的信号干扰，提高温度测量稳定性。本技术的温度控制模块电路原理图如图4所示，图中Relay_ctrl是继电器控制信号，来自C8051F410芯片的第17脚；D1是光耦，起到隔离C8051F410芯片与继电器的作用；XS2为继电器接线端口 ；Vout2+与Vout2-为继电器提供3V至12V的工作电压；V1为一开关三极管，受光耦Dl的控制，如果Relay_Ctrl为高电平，开关三极管Vl导通，继电器打开，石墨电热板加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨电热板温度控制装置，其特征在于，包括主控制器模块、温度采集模块、温度控制模块、按键模块、显示模块、报警模块和电源模块；所述温度采集模块采集石墨电热板温度并送入主控制器模块；所述主控制器模块通过温度控制模块调节石墨电热板的温度；所述温度采集模块中包括一个抗干扰辅助电路，为温度测量信号调节放大芯片提供稳定的电源电压和参考电压；所述电源模块为集成双电源设计，分别为温度控制模块和温度控制模块之外的模块提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种石墨电热板温度控制装置，其特征在于，包括主控制器模块、温度采集模块、温度控制模块、按键模块、显示模块、报警模块和电源模块； 所述温度采集模块采集石墨电热板温度并送入主控制器模块； 所述主控制器模块通过温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敬，刘裕凌，喻红超，沈樊惠，
申请(专利权)人：长沙思强自动化科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43