雾化控制装置及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种雾化控制装置及控制方法，包括PIC单片机、温度取样电路、油泵驱动电路和电热管驱动电路，所述温度取样电路、油泵驱动电路和电热管驱动电路均与PIC单片机连接，所述温度取样电路还与电热管驱动电路连接；电热管驱动电路包括电热管，所述电热管内部设置电热丝；温度取样电路采集电热丝温度，并将电热丝温度反馈至PIC单片机，PIC单片机通过PWM脉宽进行调节，然后通过引脚输出功率至电热管驱动电路，电热丝快速升温至基准温度，PIC单片机通过油泵驱动电路驱动油泵工作，油泵通过管路抽取烟雾剂并将烟雾剂传输至电热管内部，然后烟雾剂经遇热迅速膨胀雾化，再通过电热管管口进行烟雾的喷射，PIC单片机通过内部PID调节器调节PWM脉宽占空比，进而调节输出功率。
【专利说明】
雾化控制装置及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及雾化设备技术领域，尤其是一种雾化控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，传统的烟雾机电加热技术由于电热丝大惯性、大时变、纯滞后等非线性特性的存在，主要采用无反馈或者温度开关切断控制继电器电源来达到改变加热功率输出的目的，传统的烟雾机存在以下技术问题:一方面，烟雾机受仪表本身误差和温度开关电气寿命的影响，通断频率较低，温度波动范围较大，另一方面，传统烟雾机体积大，实际应用中需要使用交流电压供电，同时，传统烟雾机需要预热才可以进行正常使用，无法随身携带。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种雾化控制装置及控制方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0005]雾化控制装置，包括PIC单片机、温度取样电路、油栗驱动电路和电热管驱动电路，所述温度取样电路、油栗驱动电路和电热管驱动电路均与PIC单片机连接，所述温度取样电路还与电热管驱动电路连接;电热管驱动电路包括电热管，所述电热管内部设置电热丝；
[0006]温度取样电路采集电热丝温度，并将电热丝温度反馈至PIC单片机，PIC单片机通过PWM脉宽进行调节，然后通过引脚输出功率至电热管驱动电路，电热丝快速升温至基准温度，然后，PIC单片机通过油栗驱动电路驱动油栗工作，油栗通过管路抽取烟雾剂并将烟雾剂传输至电热管内部，然后烟雾剂经遇热迅速膨胀雾化，再通过电热管管口进行烟雾的喷射，在烟雾喷射过程中，PIC单片机通过内部PID调节器调节PWM脉宽占空比，进而调节输出功率，起到调节加热丝温度的作用，保证喷烟量相对恒定。
[0007]优选的，所述温度取样电路包括并联的电压源和电容C12，所述电压源与电热管串联后接入PIC单片机采样信号输入引脚，所述电热管外壁附着NTC热敏电阻，且电热管为中空管结构。通过将电热管设置为中空管的结构，使得在低压情况下以及不借助外力的情况下也可以进行喷雾。
[0008]温度取样电路采用精准电压源TL431实现精准电压取样，将取样获取的电压信号通过采样信号输入引脚输入至PIC单片机进行处理，温度取样电路采集电热管中心频率，无需手动调节，具有较高的调节精度。
[0009]优选的，所述雾化控制装置还包括无线接收电路，所述无线接收电路与PIC单片机的输出引脚连接，无线接收电路与远程媒体终端进行无线通信，远程媒体终端通过无线接收电路对Pic单片机进行远程控制。
[0010]优选的，所述电热管壁附着电热线，附着在电热管壁的电热线与电热管壁绝缘不绝热，且电热管壁设置绝缘材料。所述电热管可根据功率要求设计，即用户可根据应用环境制作适合功率的电热管，使用安全性较高。
[0011]实际应用时，需要大功率喷烟雾时:电热管壁附着电热线，所述电热线与电热管壁绝缘但不绝热。通过将电热线附着在电热管壁，且电热线与电热管壁绝缘，可以实现大范围烟雾喷射，同时，由于电热管上没有电压，可以利用常规电压标准或者其它电压进行电路设计，实现高功率、低成本的电热管驱动电路。
[0012]另外，电热管结构可根据实际需求进行设计，通过附着在电热管上的NTC热敏电阻实现温度数据的传递。电热管与NTC热敏电阻连接方式可根据实际情况采用并联或者串联的方式，连接方式多样，实用性好。
[0013]优选的，所述雾化控制装置还包括阀门，所述阀门设置于电热管管口，通过设置阀门，实现了烟雾剂的分流，用户可以根据实际需要调节阀门，进而改变烟雾剂的流向，实现多角度多功能方向喷雾。所述电热管管口设置喷射头，所述喷射头端部设置若干喷射孔，且喷射头上还设置流量调节旋钮，所述流量调节旋钮用于调节喷射孔孔径，实现内部流量的调节，最终实现喷雾面积和喷雾距离的调节。
[0014]优选的，所述电热管替换为电热丝或火源发热体。电热丝和火源发热体均为发热材料。
[0015]优选的，所述雾化控制装置还包括供电装置，所述供电装置采用直流或者交流宽电压供电。通过采用直流或者交流宽电压范围供电，用户根据电压要求选择适配型号，实现雾化控制装置的移动使用。
[0016]基于上述雾化控制装置的控制方法，包括以下步骤:
[0017]步骤一:启动PIC单片机，PIC单片机设定基准温度，并通过HVM脉宽进行调制，PIC单片机引脚输出功率至电热管驱动电路，电热丝快速升温至基准温度；用户可对基准温度自行调节；
[0018]步骤二:PIC单片机通过油栗驱动电路驱动油栗工作，油栗通过管路抽取烟雾剂并将烟雾剂传输至电热管内部，烟雾剂经遇热迅速膨胀雾化，再通过电热管管口进行烟雾的喷射；
[0019]步骤三:PIC单片机通过内部PID调节器调节PWM脉宽占空比，起到调节加热丝温度的作用，保证喷烟量相对恒定。
[0020]优选的，所述步骤二具体包括以下步骤:
[0021]PIC单片机引脚输出HVM脉宽调制信号至油栗驱动电路，油栗根据HVM脉宽调制信号抽取烟雾剂，并将烟雾剂传输至电热管内部，由于电热管内的电热丝升温至基准温度，烟雾剂遇热迅速膨胀雾化，形成烟雾，再通过电热管管口进行烟雾喷射。
[0022]本发明的有益效果是:
[0023]1.本发明通过PIC单片机和温度取样电路、油栗驱动电路和电热管驱动电路，实现对电热管温度的准确控制，PIC单片机通过PffM调制实现温度控制，温度波动范围小，控制精确性高；
[0024]2.供电装置采用直流或者交流宽电压供电，用户根据电压要求选择适配型号，实现雾化控制装置的移动使用，因此，用户不局限于传统的交流电压供电的方式，供电方式多样；
[0025]2.通过采用NTC热敏电阻作为测温元件，具有稳定性好，测温区域宽的优势，通过采用PIC单片机，克服了常规补偿误差的缺点，具有软启动、基准稳定的效果；
[0026]3.本发明通过将电热管设置为中空管结构，使得电热管低压情况下可以实现喷雾，同时，中空管结构使得喷雾无需借助外力，比如采用风扇吹或者人力吹的方式，实用性好，雾化效果较好；
[0027]4.通过在PIC单片机中预设基准温度，通过改变油栗工作频率实现喷雾量的控制，即实现了喷雾量的实时调节，同时，通过在喷射头上设置流量调节旋钮，实现喷射孔孔径的调节，实现喷雾量的调节；
[0028]5.由于PIC单片机、温度取样电路、油栗驱动电路和电热管驱动电路体积较小，可以使用低电压，因此，雾化控制装置可移动使用，若任一电路出现故障，对故障电路进行维修或者更换即可，不影响正常使用；
[0029]6.通过将电热管管口设置喷射头，且喷射头上还设置流量调节旋钮，通过安装喷射头和流量调节旋钮，实现喷雾面积和喷雾距离的调节。
【附图说明】
[0030]图1是本发明提供的雾化控制装置的电路图；
[0031]图2是本发明提供的电热管结构示意图；
[0032]图3是本发明提供的雾化控制装置PffM调制对应的温度曲线；
[0033]其中，1.电热管，2.电热线。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0035]如图1所示，雾化控制装置，包括PIC单片机、温度取样电路、油栗驱动电路和电热丝驱动电路，所述温度取样电路、油栗驱动电路和电热丝驱动电路均与PIC单片机连接；
[0036]所述柱油栗驱动电路包括油栗、第一 MOS管Q2、第一三极管Q6和第二三极管Q7，所述油栗与第一 MOS管Q2漏极连接，所述第一 MOS管Q2栅极与第一三极管Q6集电极连接，第一三极管Q6与第二三极管Q7集电极连接，第二三极管Q7基极与PIC单片机输入驱动引脚连接；
[0037]所述电热丝驱动电路包括第二MOS管Ql、第三三极管Q5和第四三极管Q4，电热管与第二 MOS管Ql漏极连接，所述第二 MOS管Ql栅极与第三三极管Q5集电极连接，第三三极管Q5基极与第四三极管Q4集电极连接，第四三极管Q4基极与PIC单片机输出引脚连接。
[0038]所述温度取样电路，包括并联的电压源和电容C12，所述电压源与电热管串联后接入PIC单片机采样信号输入引脚，所述电热管为中空管结构，且电热管壁设置电热线。
[0039]温度取样电路采用精准电压源TL431实现精准电压取样，将取样获取的电压信号通过采样信号输入引脚输入至PIC单片机进行处理，温度取样电路采集电热管中心频率，无需手动调节，具有较高的调节精度。
[0040]所述电热管壁附着电热线，附着在电热管壁电热线与电热管壁绝缘，且电热管壁设置绝缘材料。如图2所示，通过将电热线附着在电热管壁，且电热线与电热管壁绝缘不绝热，可实现大功率次大范围烟雾喷射。若将电热丝直接接通安全电压，该方式实现了小功率小范围喷雾，同时，由于电热管上均为安全电压，电热丝驱动电路可以实现小体积、移动性好的设计要求。
[0041 ]基于上述雾化控制装置的控制方法，包括以下步骤:
[0042]步骤一:启动PIC单片机，PIC单片机根据功率和烟雾剂类型设定基准温度，并通过PWM脉宽进行调制，PIC单片机引脚输出功率至电热管驱动电路，电热丝快速升温至基准温度；用户可对基准温度自行调节；
[0043]步骤二:PIC单片机通过油栗驱动电路驱动油栗工作，油栗通过管路抽取烟雾剂并将烟雾剂传输至电热管内部，烟雾剂经遇热迅速膨胀雾化，再通过电热管管口进行烟雾的喷射；
[0044]步骤三:PIC单片机通过内部PID调节器调节PWM脉宽占空比，起到调节加热丝温度的作用，保证喷烟量相对恒定。
[0045]具体的，所述步骤二具体包括以下步骤:
[0046]PIC单片机引脚输出HVM脉宽调制信号至油栗驱动电路，油栗根据HVM脉宽调制信号抽取烟雾剂，并将烟雾剂传输至电热管内部，由于电热管内的电热丝升温至基准温度，烟雾剂遇热迅速膨胀雾化，形成烟雾，再通过电热管管口进行烟雾喷射。
[0047]Pmi脉宽占空比越大，表明PIC单片机引脚输出的频率越高，由于油栗在不同的功率驱动下抽取速度不同，当油栗在高频率引脚的驱动下，油栗抽取烟雾剂速度越快，抽取的烟雾剂的量越大，烟雾剂流通至电热管内部预热雾化产生的烟雾量就大。
[0048]PIC单片机预设基准温度，通过改变油栗工作频率实现喷雾量的控制，实际应用中，油栗工作频率越高，电热管功率越大，同时，基准温度越高，喷雾需求量大。如图1所示，第一 MOS管Q2属于电压控制型器件，由于油栗的工作周期为50Hz，周期20ms，所以PIC单片机引脚的高电平驱动时间为10ms，此时第一三极管Q6导通，第二三极管Q7不导通，第一 MOS管Q2导通，通过改变PIC单片机引脚低电平的驱动时间，改变油栗的工作频率，就能实时调节雾化控制装置的喷雾量。
[0049]实施例:
[0050]下面结合实施例说明PIC单片机的烟雾调节和温度调节过程
[0051]PIC单片机运行参数如下:PIC芯片内置PID调节器比例参数为P，PID调节器参数积分时间初值为I，将PIC芯片与显示器连接，显示器实时显示温度取样电路采集的温度数据，并将温度数据通过温度曲线进行实时显示。
[0052]首先，进行比例参数P的调试，设定PID参数初值为I为无穷大，具体实验将I设置为9999，d = 0，P= I，使PID成为一个纯比例算法，此时改变P数值，通过显示器观察温度取样电路采集采集的温度数据，直到温度曲线呈衰减振荡，过渡时间较短，得到合适的比例带，确定比例系数P为7。
[0053]积分时间1:积分作用消除雾化控制装置的稳态误差。在比例系数P—定的情况下，积分时间I越小，积分作用越强，I过小有可能使雾化控制装置不稳定，因此，设定初始积分时间为100s，通过大量实验，雾化控制装置出现明显延迟，因此，I应选择合适的值，最后确定积分时间I为50s。
[0054]经过大量实验，本系统不采用微分调节。
[0055]雾化控制装置中，采用电热管内部设置电热线的结构，且电热线与电热管内壁绝缘。实际应用中，电热管可替换为下述发热材料，例如:电热丝或者火源发热体。
[0056]PIC单片机通过温度取样电路获取电热管温度数据，并根据温度数据绘制温度曲线。由于电热管内部流通烟雾剂，电热管壁设置电热线，电热线温度变化同时电热管温度实时变化，如图3所示，图3下图表示理想状态下的电热管温度曲线，上图为本发明提供的雾化控制装置获取的温度曲线，实际应用中，工作人员根据设备功率等级设定基准温度，PIC单片机通过电热管获取反馈温度，并将所述反馈温度与基准温度作差，获取反馈温度与基准温度的差值，所述差值即为温度容差，PIC单片机通过温度容差进行PffM占空比的实时调节。由图看出，本发明提供的温度曲线呈衰减振荡，且后期振荡范围较小。当基准温度与反馈温度相差很小时，雾化控制装置的PWM脉宽占空比的输出几乎为零，因为没有必要进行大功率加热，当基准温度与反馈温度相差很大时，为了实现满负荷运行以达到基准温度，雾化控制装置的输出占空比接近为I，即雾化控制装置的温度曲线接近理想状态下的温度曲线。
[0057]本发明采用HVM脉宽调制技术，减弱了传统雾化控制过程中存在的温度波动大的问题，使烟雾剂的温度保持在一定的区间范围内，继而使得电热管管口的喷雾量稳定，实际应用中舒适度更高，同时，由于温度波动范围小，使得雾化更加充分和稳定。
[0058]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.雾化控制装置，其特征是，包括Pic单片机、温度取样电路、油栗驱动电路和电热管驱动电路，所述温度取样电路、油栗驱动电路和电热管驱动电路均与Pic单片机连接，所述温度取样电路还与电热管驱动电路连接；电热管驱动电路包括电热管，所述电热管内部设置电热丝； 温度取样电路采集电热丝温度，并将电热丝温度反馈至Pic单片机，PIC单片机通过PWM脉宽进行调节，然后通过引脚输出功率至电热管驱动电路，电热丝快速升温至基准温度，然后，PIC单片机通过油栗驱动电路驱动油栗工作，油栗通过管路抽取烟雾剂并将烟雾剂传输至电热管内部，然后烟雾剂经遇热迅速膨胀雾化，再通过电热管管口进行烟雾的喷射，在烟雾喷射过程中，PIC单片机通过内部PID调节器调节PWM脉宽占空比，进而调节输出功率，起到调节加热丝温度的作用，保证喷烟量相对恒定。2.如权利要求1所述的雾化控制装置，其特征是，所述温度取样电路包括并联的电压源和电容C12，所述电压源与电热管串联后接入PIC单片机采样信号输入引脚，所述电热管外壁附着NTC热敏电阻，且电热管为中空管结构。3.如权利要求2所述的雾化控制装置，其特征是，所述雾化控制装置还包括无线接收电路，所述无线接收电路与PIC单片机的输出引脚连接，无线接收电路与远程媒体终端进行无线通信，远程媒体终端通过无线接收电路对PIC单片机进行远程控制。4.如权利要求1所述的雾化控制装置，其特征是，所述电热管壁附着电热线，附着在电热管壁的电热线与电热管壁绝缘不绝热，且电热管壁设置绝缘材料。5.如权利要求1所述的雾化控制装置，其特征是，所述雾化控制装置还包括阀门，所述阀门设置于电热管管口。6.如权利要求1所述的雾化控制装置，其特征是，所述电热管管口设置喷射头，所述喷射头端部设置若干喷射孔，且喷射头上还设置流量调节旋钮，所述流量调节旋钮用于调节喷射孔孔径，实现内部流量的调节。7.如权利要求6所述的雾化控制装置，其特征是，所述电热管替换为电热丝或火源发热体。8.如权利要求1所述的雾化控制装置，其特征是，所述雾化控制装置还包括供电装置，所述供电装置采用直流或者交流宽电压供电。9.基于权利要求1至8任一所述的雾化控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:启动PIC单片机，PIC单片机设定基准温度，并通过PWM脉宽进行调制，PIC单片机引脚输出功率至电热管驱动电路，电热丝快速升温至基准温度;用户可对基准温度自行调节； 步骤二: PIC单片机通过油栗驱动电路驱动油栗工作，油栗通过管路抽取烟雾剂并将烟雾剂传输至电热管内部，烟雾剂经遇热迅速膨胀雾化，再通过电热管管口进行烟雾的喷射； 步骤三:PIC单片机通过内部PID调节器调节PffM脉宽占空比，起到调节加热丝温度的作用，保证喷烟量相对恒定。10.如权利要求9所述的雾化控制方法，其特征是，所述步骤二具体包括以下步骤: PIC单片机引脚输出PWM脉宽调制信号至油栗驱动电路，油栗根据PWM脉宽调制信号抽取烟雾剂，并将烟雾剂传输至电热管内部，由于电热管内的电热丝升温至基准温度，烟雾剂遇热迅速膨胀雾化，形成烟雾，再通过电热管管口进行烟雾喷射。
【文档编号】B05B9/04GK106040469SQ201610498556
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】赵善祥, 赵学宽, 赵光亮, 刘玉彦
【申请人】青岛凌鼎智能科技有限公司