[发明专利]一种立式自学控制恒温浴系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种立式自学控制恒温浴系统。

背景技术

电加热温度控制具有升温单向性、大惯性、大滞后、时变性的特点例如其升温单向性是由于电加热的升温保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境制冷系统控制冷却，当温度一旦超调就难以用制冷控制手段使其降温，因而难以用数学方法建立精确的模型并确定参数，应用传统的模拟电路控制方法难以达到理想的控制效果。恒温浴基本原理都是通过电阻丝来加热、压缩机制冷，辅助配以PID控制器，恒定一个比较标准的温度。

技术内容

鉴于以上原因，本发明提供了一种立式自学控制恒温浴系统，运用单片机进行数字PID运算，能充分发挥软件系统的灵活性，在必要时对PID算法进行修正使其更加完善。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种立式自学控制恒温浴系统，包括温度传感系统、调理系统、VFC系统、主控制系统、用户交互系统、功率调节系统、制冷控制系统、电加热系统，其特征在于，温度传感系统、调理系统、VFC系统、主控制系统、功率调节系统、制冷控制系统、电加热系统依次连接，主控制系统还与用户交互系统连接。首先用户通过用户交互系统设定恒温槽的温度，控制器运行后，温度传感系统采集恒温槽的温度数据，经调理系统将传感器在0～500℃温度范围内的电阻变化转变为0～5V的电压变化，调理系统同时对温度传感系统的非线性进行了修正；然后利用VFC系统将随温度而变的电压转换为TTL方波的频率变化,主控制系统在单位时间内对该TTL方波进行计数就能得到当前的温度值，根据测量结果进行PID运算,根据运算结果控制功率调节系统输出的占空比，实现对电加热系统加热功率的控制,从而达到恒温自动控制的目的。

本发明的有益效果是，实现了恒温波动小于0.01℃的高精度恒温槽自动控制，具有较高的实用性。

附图说明

图1为本发明提供的立式自学控制恒温浴系统原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，此为本发明的示意性实施例用来说明解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

一种立式自学控制恒温浴系统，在图1中，包括温度传感系统1、调理系统2、VFC系统3、主控制系统4、用户交互系统5、功率调节系统6、制冷控制系统7、电加热系统8，其特征在于，温度传感系统1、调理系统2、VFC系统3、主控制系统4、功率调节系统6、制冷控制系统7、电加热系统8依次连接，主控制系统还与用户交互系统连接。首先用户通过用户交互系统5设定恒温槽的温度，控制器运行后，温度传感系统1采集恒温槽的温度数据,经调理系统2将传感器在0～500℃温度范围内的电阻变化转变为0～5V的电压变化,调理系统2同时对温度传感模块1的非线性进行了修正；然后利用VFC模块3将随温度而变的电压转换为TTL方波的频率变化,主控制模块4在单位时间内对该TTL方波进行计数就能得到当前的温度值，根据测量结果进行PID运算,根据运算结果控制功率调节系统6输出的占空比，实现对电加热系统8加热功率的控制,从而达到恒温自动控制的目的。

温度传感系统1采用Pt100铂电阻温度传感器，由专用的调理系统2将Pt100铂电阻温度传感器在0～500℃范围内的电阻变化转变为0～5V的电压变化，同时对铂电阻的非线性进行了修正。由于控制器要求温度波动小于0.01℃，故VFC系统采用的是性价比较高、稳定性好的AD654芯片，经AD654进行VFC变换后对应的0～200kHz频率,此时的温度分辨率达到了0.0025℃。主控制系统4采用的51系列单片机，对外部脉冲进行计数的最高频率为时钟频率的1/24，即采用12MHz晶振时的最高计数频率是500kHz，实际测试时外部脉冲频率大于450kHz时计数结果出现不稳定，最后选,0～500℃，对应0～5V电压，对功率调节模块进行调节由单片机的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚分别接微调电位器片选、粗调电位器片选和升/降控制输入引脚、输入时钟引脚、P2.6、P2.7为微调和粗调电位器共用,根据片选信号区分两电位器。用户交互模块由可编程的I/O接口控制芯片8255、数码管、键盘及部分外围电路组成，8255工作方式选择基本输入输出控制（方式0），其C口、B口作输出口，用来控制数码管显示温度；A口作输入口，用来扫描检测规律，三极管阵列放大的PCO-PC6的信号。功率调节模块由数字电位器和固态继电器构成，数字电位器选用Xicor公司的X9312TP。由于温度传感器检定用的标准恒温油槽对恒温波动度的要求很高，增加了微调数字电位器,使功率调节分辨能力达到加热丝最大功率的万分之一。固态继电器选用30A/220V交流过零型。