一种多回路智能温度控制模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多回路智能温度控制模块，包括至少四个温度控制回路、微控制器、按键电路、显示屏电路以及控制输出通道，每个所述温度控制回路均包括有温度传感器、前置处理电路和A/D转换器，所述温度传感器的输出端与所述前置处理电路的输入端连接，所述前置处理电路的输出端与A/D转换器的输入端连接，四个所述温度控制回路中的A/D转换器的输出端分别与所述微控制器的信号输入端连接。本发明的多回路温度控制模块，每个温度控制回路采用了单独的A/D转换器，采样速度大幅加快，且微控制器内部设有用于滤除所述温度传感器输出信号中的低频噪声的FIR低通滤波器，可过滤5Hz以上的干扰信号，对温度信号响应快的同时又过滤掉低频干扰信号。
【专利说明】一种多回路智能温度控制模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种温度控制模块，具体涉及一种多回路智能温度控制模块。
【背景技术】
[0002]在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。因而准确地测量和控制温度，对于获得正确的科研数据和保证产品质量都是十分重要的。
[0003]如图1所示，现有技术的多回路温度控制仪，由于采用I个A/D转换器，再通过模拟开关轮流切换来采样温度信号，切换后还需要一定的时间稳定，才能进行转换数据，因此速度比较慢，采样周期通常为秒级，即每秒仅能运行1、2次，不能满足对精度及响应速度有一定要求。
[0004]在抗干扰方面，仅靠积分型的A/D转换器对工频交流信号进行抑制，微处理器也只能做简单的平滑滤波处理，因此抗干扰能力不强，特别是低频干扰方面，在工业环境受到干扰严重时若增大平滑滤波系数，则温度响应变慢，不能及时反映实际温度，系统控制出来的温度波动大。由于对温度变化无法快速反应，故对快速变化的被控对象无法有效控制；在控制输出方面，输出端子功能出厂时固定，用户不能进行输出功能配置，例如，一般加热系统只需要一个输出点进行控制，而加热冷却系统、电动阀正反转开关控制需要两个输出点进行控制，如果一个系统有多种温控执行器，则无法满足控制要求。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、采样速度快、抗干扰能力强的多回路智能温度控制模块。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]—种多回路智能温度控制模块，包括至少四个温度控制回路、微控制器、按键电路、显示屏电路以及控制输出通道，每个所述温度控制回路均包括有温度传感器、前置处理电路和A/D转换器，所述温度传感器的输出端与所述前置处理电路的输入端连接，所述前置处理电路的输出端与A/D转换器的输入端连接；四个所述温度控制回路中的A/D转换器的输出端分别与所述微控制器的信号输入端连接，所述微控制器的输入端与所述按键电路连接，所述微控制器的显示输出端与所述按键电路连接，所述微控制器的控制输出端连接有控制输出单元。
[0008]优选的，所述微控制器为DSP中央运算单元，所述DSP中央处理单元内部设有用于滤除所述温度传感器输出信号中的低频噪声的FIR低通滤波器，每个所述温度控制回路分别与所述FIR低通滤波器的输入端连接。
[0009]优选的，所述A/D转换器用于将所述温度传感器的模拟信号转换为数字信号，所述A/D转换器的有效位数在19位以上，采样频率大于20Hz。
[0010]优选的，所述多回路智能温度控制模块还包括有与所述微控制器的RS-485通信口连接的上位机。
[0011]优选的，所述温度传感器为三线制的钼电阻温度传感器或热电偶温度传感器。
[0012]优选的，所述温度控制回路为4个或8个。
[0013]本发明还提供另一种多回路智能温度控制模块，包括至少四个温度控制回路、上位机、控制输出单元，所述温度控制单元包括四个传感器和温度信号采集模块，四个所述传感器的输出单与所述温度信号采集模块的输入端连接，所述温度信号采集模块的输出端与所述上位机连接，所述上位机的输出端连接控制输出单元。
[0014]优选的，所述上位机的输出端采用PCI纵向与控制输出单元连接。
[0015]相比于现有技术，本发明的有益效果在于:本发明的多回路温度控制模块，由于每个温度控制回路采用了单独的A/D转换器，不需要进行切换，采样速度大幅加快，微处理器采为DSP运算单元，实现FIR数字滤波功能，可过滤5Hz以上的干扰信号，做到对温度信号响应快的同时又过滤掉低频干扰信号。同时，增加数码显示按键操作功能，方便现场参数配置，做到独立完成温控功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是现有技术一种多回路智能温度控制模块的结构示意图；
[0018]图2是本发明实施例1的结构示意图；
[0019]图3是本发明实施例2的结构示意图；
图4为DSP中央处理单元的技术指标图；
图5为MATLAB设计的FIR滤波器的性能指标图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]如图2所示，本发明的一种多回路智能温度控制模块，包括四个温度控制回路、微控制器、按键电路、显示屏电路以及控制输出通道，每个温度控制回路均包括有温度传感器、前置处理电路和A/D转换器，温度传感器的输出端与前置处理电路的输入端连接，前置处理电路的输出端与A/D转换器的输入端连接；四个温度控制回路中的A/D转换器的输出端分别与微控制器的信号输入端连接，微控制器的输入端与按键电路连接，微控制器的显示输出端与按键电路连接，微控制器的控制输出端连接有控制输出单元。
[0022]在本发明中，四个温度控制回路分别通过温度传感器测到的电压经过前置处理电路再经过A/D转换器送至微控制器，微控制器得到温度值与由按键或485通信接收的设定值相比较，计算出控制量来控制输出，调整加热设备的温度值。微控制器采用DSP中央运算单元，其内部设有FIR低通滤波器，四个温度控制回路分别与FIR低通滤波器的输入端连接，FIR低通滤波器用于滤除温度传感器输出信号中的低频噪声。
[0023]请参见图4与图5，在本发明中，A/D转换器用于将温度传感器的模拟信号转换为数字信号，模数转换有效位数在19位以上，采样频率大于20Hz。在本发明中，采用Λ-Σ模拟数字转换器，并通过DSP中央处理单元实现FIR低通滤波功能，Λ - Σ A/D转换器；使用MATLAB设计的FIR滤波器。
[0024]
[0025]
[0027]
[0028]在本发明中，采用24位转换器，在使用PT100或K分度热电偶时，温度测量分辨率〈0.1°。由上图中可以看出，在DSP中央处理单元里作119阶的FIR低通数字滤波运算，完成8路控制的时间小于1ms，数字滤波器通过开始频率为5Hz，也就是对干扰信号从5Hz开始抑制，到15Hz时抑制比已经达_80dB 了。本发明的多回路智能温度控制模块加入数字滤波后，响应速度快、抗干扰能力强。
[0029]进一步的，本发明的多回路智能温度控制模块还包括有与微控制器的RS-485通信口连接的上位机，可以和上位机连接以实现远程监控、分布式控制功能，因其采用MODBUS通信协议，方便与不同厂家的人机界面、PLC、工控机连接。
[0030]在上述实施例中，控制输出单元可提供开关量控制输出和模拟量控制输出，可连接固态继电器、接触器、电动阀、定位器、调功器等加热元件，温度传感器为三线制的钼电阻温度传感器或热电偶温度传感器。智能仪表的前面板以键盘和数字或图形显示装置代替了传统仪表的旋钮和表头指针，·数据显示部分选用LCD液晶显示器来实现，利用该模块，可以现场实时显示温度值，与操作者之间的人机界面更加友好直观。
[0031 ] 在本发明中，每个温度回路均设有一个独立A/D转换器，控制器采用DSP中央运算单元，由于每个回路采用了单独的A/D转换器，不需要切换，采样速度大幅加快，采样周期为20ms，并实现FIR数字滤波功能，过滤5Hz以上的干扰信号，做到对温度信号响应快的同时又过滤掉低频干扰信号。控制输出单元除提供开关量控制输出以外，还提供模拟量控制输出，满足目前加热、冷却设备的连接，同时在软件方面，通过不同参数设置来实现不同控制方案。
[0032]在本发明中，多回路智能温度控制模块，还可以包括8个温度控制回路，其余结构均与上述实施例的结构相同，在此就不再一一赘述。
[0033]实施例2
[0034]如图3所示，本发明的另一种多回路智能温度控制模块，包括至少四个温度控制回路、上位机、控制输出单元，温度控制单元包括四个传感器和温度信号采集模块，四个传感器的输出单与温度信号采集模块的输入端连接，温度信号采集模块的输出端与上位机连接，上位机的输出端连接控制输出单元，上位机的输出端采用PCI纵向与控制输出单元连接。本实施例中，该多回路温度控制系统可实现集中控制。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，包括至少四个温度控制回路、微控制器、按键电路、显示屏电路以及控制输出通道，每个所述温度控制回路均包括有温度传感器、前置处理电路和A/D转换器，所述温度传感器的输出端与所述前置处理电路的输入端连接，所述前置处理电路的输出端与A/D转换器的输入端连接；四个所述温度控制回路中的A/D转换器的输出端分别与所述微控制器的信号输入端连接，所述微控制器的输入端与所述按键电路连接，所述微控制器的显示输出端与所述按键电路连接，所述微控制器的控制输出端连接有控制输出单元。
2.根据权利要求1所述的一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，所述微控制器为DSP中央运算单元，所述DSP中央处理单元内部设有用于滤除所述温度传感器输出信号中的低频噪声的FIR低通滤波器，每个所述温度控制回路分别与所述FIR低通滤波器的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，所述A/D转换器用于将所述温度传感器的模拟信号转换为数字信号，所述A/D转换器的有效位数在19位以上，采样频率大于20Hz。
4.根据权利要求1所述的一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，所述多回路智能温度控制模块还包括有与所述微控制器的RS-485通信口连接的上位机。
5.根据权利要求1所述的一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，所述温度传感器为三线制的钼电阻温度传感器或热电偶温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，所述温度控制回路为4个或8个。
7.一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，包括至少四个温度控制回路、上位机、控制输出单元，所述温度控制单元包括四个传感器和温度信号采集模块，四个所述传感器的输出单与所述温度信号采集模块的输入端连接，所述温度信号采集模块的输出端与所述上位机连接，所述上位机的输出端连接控制输出单元。
8.根据权利要求7所述的一种多回路智能温度控制模块，其特征在于，所述上位机的输出端采用PCI纵向与控制输出单元连接。
【文档编号】G05D23/22GK103792969SQ201310628086
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】甄锡宁, 何伟东, 梁志荣 申请人:佛山市汉隆自动化技术有限公司