基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及应用在温度控制领域的多路加热器，特别涉及基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器。
【背景技术】
[0002]在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工，农业大棚生产等许多领域中，温度是极为普遍又极为重要的参数之一，人们需要对各种环境中的温度进行检测和控制。目前应用最广泛的温度控制方法是定值开关温度控制，这种控制方法的工作原理是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定的目标温度之间的关系，进而对系统加热源(或冷却装置)进行通断控制。若当前温度值比设定温度值高，则关断加热器或开启制冷装置;若当前温度值比设定温度值低，则开启加热器同时关闭制冷装置。这种开关控制方法比较简单，在没有计算机参与的情况下可以用模拟电路来实现。但是由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低，完全不适用于高精度的温度控制。在今天的温度控制领域中，这种方式无法满足更多用户对温度精度的要求。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，具有控温精度高、易于维护、成本较低和扩展性强的特点。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，包括有与温度控制系统相连的加热器;加热器分别与6个加热棒、温度限制装置及手动控制器相连;温度限制装置与当前温度显示器、最高温度限定显示器及最高温度设置装置相连;手动控制器与手动自动开关相连，手动自动开关与6个加热棒的开关相连。
[0005]所述的加热器为多路加热器，多路加热器包括多路加热器硬件、驱动电路及接口调用电路；多路加热器硬件通过继电器一与加热棒一相连、通过继电器二而与加热棒二相连、通过继电器三而与加热棒三相连、通过继电器四而与加热棒四相连、通过继电器五而与加热棒五相连、通过继电器六而与加热棒六相连;驱动电路分别与启动GP1接口、调用GP1接口及关闭GP1接口相连。
[0006]所述的多路加热器包括有温度采集器、加热装置、制冷装置以及PID控制器四部分。
[0007]所述的温度采集器设在控制器箱体内；温度采集器将在控制器箱体内8个点布置测温传感器，以完成对各个点的温度采集，在控制箱外设置有一个外置传感器，重点监测环境温度。采集到的温度使用温度变送器输出电压、电流信号，经滤波、放大、AD转换以后，将计算机得到的数据传输到终端进行处理分析。其输出的内容包括:位置、温度、精度、温变速率等参数。该过程中温度采集器将使用热电阻传感器，采集温度后将数据传入STC89C51单片机中进行初步处理，产生相关参数，并使用USB串口转换器将输出参数传入终端中，由以PID算法为核心的控制器接收。PID控制器负责接收数据，经过处理后控制加热模块和制冷模块对实验箱体温度进行控制。控制器对数据的处理和对加热制冷模块的控制。温控系统将热电阻传感器实时采集的温度值与设定值比较，差值作为PID功能块的输入。PID算法根据比例、积分、微分系数计算出合适的输出控制参数，利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制，使控制过程连续。输出的控制参数将实时传递给加热制冷模块。多路加热器由加热棒、控制电路、驱动组成。加热棒主要用来加热，设计中用虚拟软件实现，可以实现不同功率的热输出。控制电路负责控制多路加热功能，有着连接系统端与加热端，控制加热棒的功能。加热棒工作与否都是由系统端控制该电路，由电路决定各个加热棒工作与否。多路加热器将由装有Iinux操作系统的开发板控制，所以需要设计实现对应的控制驱动来达到驱动控制电路的目的，通过合理的接口调用，使完整的温度控制系统得以实现。
[0008]本实用新型具有以下优点:
[0009]本实用新型由于在加热器内部使用六个加热棒，用光耦继电器模块控制设置，其中两个端子为输入控制端，另外两个端子为输出控制端，中间采用光电隔离，作为输入输出之间电气隔离(浮空)。当信号端有低电平的触发信号时，继电器吸合，公共端与常开端接通，设备有电工作，这样的设置具有对多路加热器的安全控制的特点。由于继电器使用RaspberryPi控制，RaspberryPi使用的一枚基于ARM架构的Broadcom BCM2835芯片，主频达至IJ700MHZ，内存为512M，使用SD卡当做储存媒体，拥有一个Ethernet，两个USB接口，HDMI输出口(支持声音输出)，除了这些基础的接口外，还有用于开发的8xGP 1、UART、12C、SPI总线。除了接口丰富，此开发板还使用的开源的操作系统Linux，由于有操作系统，适合开发对应的图形化界面，具有完成相关的网络信息传输的特点。
[0010]本实用新型可应用在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工，农业大棚生产等许多领域中的温度控制。控温精度高；当环境发生变化而影响到控温精度时，通过计算机虚拟仪器进行温度参数的调整以达到精度要求;同时利用计算机虚拟仪器控制不仅易于维护而且成本较低，扩展性强。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型结构不意图。
[0012]图2为本实用新型加热器的原理框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
[0014]参见图1，基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，包括有与温度控制系统相连的加热器;加热器分别与6个加热棒、温度限制装置及手动控制器相连;温度限制装置与当前温度显示器、最高温度限定显示器及最高温度设置装置相连;手动控制器与手动自动开关相连，手动自动开关与6个加热棒的开关相连。
[0015]参见图2，所述的加热器为多路加热器，多路加热器包括多路加热器硬件、驱动电路及接口调用电路；多路加热器硬件通过继电器一与加热棒一相连、通过继电器二而与加热棒二相连、通过继电器三而与加热棒三相连、通过继电器四而与加热棒四相连、通过继电器五而与加热棒五相连、通过继电器六而与加热棒六相连;驱动电路分别与启动GP1接口、调用GP1接口及关闭GP1接口相连。
[0016]通过驱动软件设计控制系统中加热器的硬件电路，通过在计算机虚拟仪器上显示的相关图形的变化来动态表示硬件的工作状态。而虚拟软件的设计可以更加直观的看到硬件的变化状况，且调试方便，成本低廉。虚拟加热器为了更好地达到设计效果，将预留采集温度信息的接口，PID算法控制台以及制冷模块预留区域。共有两个界面，其中一个是预留接口界面，带有加热器面板开启按钮，另一个界面是本实用新型设计的主体，是为了表达加热器工作状态的界面，为了设计的全面性，上面将有手动控制器，虚拟加热器的总体设计图参见附图。
[0017]本实用新型的工作原理是:
[0018]多路加热器还包括温度采集器、加热模块、制冷模块及PID控制器;温度采集器将在控制器箱体内8个点布置测温传感器，测温传感器采集各个点的温度，控制箱外设置有一个外置传感器，重点监测环境温度。采集到的温度使用温度变送器输出电压、电流信号，经滤波、放大、AD转换以后，将计算机得到的数据传输到终端进行处理分析。其输出的内容包括:位置、温度、精度、温变速率等参数。该过程中温度采集器将使用热电阻传感器，采集温度后将数据传入STC89C51单片机中进行初步处理，产生相关参数，并使用USB串口转换器将输出参数传入终端中，由以PID算法为核心的控制器接收。PID控制器负责接收数据，经过处理后控制加热模块和制冷模块对实验箱体温度进行控制。控制器对数据的处理和对加热制冷模块的控制。温控系统将热电阻传感器实时采集的温度值与设定值比较，差值作为PID功能块的输入。PID算法根据比例、积分、微分系数计算出合适的输出控制参数，利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制，使控制过程连续。输出的控制参数将实时传递给加热制冷模块。多路加热器由加热棒、控制电路、驱动组成。加热棒用来加热，用虚拟软件实现，可以实现不同功率的热输出；控制电路负责控制多路加热功能，有着连接系统端与加热端，控制加热棒的加热。加热棒工作与否由多路加热器电路，由多路加热器电路决定6个加热棒工作与否。多路加热器将由装有Iinux操作系统的开发板控制，所以需要设计实现对应的控制驱动来达到驱动控制电路的目的，通过合理的接口调用，使完整的温度控制系统得以实现。
[0019]温度控制系统需要显示当前箱体温度，环境温度，并且有输入需要加热到的温度的模块，以及设备开始工作与结束工作的控制模块。本实用新型主要完成的是其中的加热器，加热器对箱体加热，为考虑加热器使用的安全因素，在加热器界面设计上主要显示六个加热棒各自的工作状态，当前箱体温度，出于安全考虑将自动设置安全温度，为加热温度的120%。同时设备还有对应的手动控制选项，来测试LED灯的工作情况，也适用于实际操作中，有一定推广价值。
【主权项】
1.基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，其特征在于，包括有与温度控制系统相连的加热器;加热器分别与6个加热棒、温度限制装置及手动控制器相连;温度限制装置与当前温度显示器、最高温度限定显示器及最高温度设置装置相连;手动控制器与手动自动开关相连，手动自动开关与6个加热棒的开关相连。2.根据权利要求1所述的基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，其特征在于，所述的加热器为多路加热器，多路加热器包括多路加热器硬件、驱动电路及接口调用电路;多路加热器硬件通过继电器一与加热棒一相连、通过继电器二而与加热棒二相连、通过继电器三而与加热棒三相连、通过继电器四而与加热棒四相连、通过继电器五而与加热棒五相连、通过继电器六而与加热棒六相连;驱动电路分别与启动GP1接口、调用GP1接口及关闭GP1接口相连。3.根据权利要求2所述的基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，其特征在于，所述的多路加热器包括有温度采集器、加热装置、制冷装置以及PID控制器四部分。4.根据权利要求3所述的基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，其特征在于，所述的温度采集器设在控制器箱体内。
【专利摘要】基于计算机虚拟仪器控制的多路加热器，包括有与温度控制系统相连的加热器；加热器分别与6个加热棒、温度限制装置及手动控制器相连；温度限制装置与当前温度显示器、最高温度限定显示器及最高温度设置装置相连；手动控制器与手动自动开关相连，手动自动开关与6个加热棒的开关相连；温度采集器将在控制器箱体内采集到的温度使用温度变送器输出电压、电流信号，经滤波、放大、AD转换以后，将计算机得到的数据传输到终端进行处理分析；当环境发生变化而影响到控温精度时，通过计算机虚拟仪器进行温度参数的调整以达到精度要求；利用计算机虚拟仪器控制，具有控温精度高，易于维护，成本较低和扩展性强的特点。
【IPC分类】G05D23/20
【公开号】CN205384527
【申请号】CN201620112521
【发明人】李敏, 闫俊伢
【申请人】山西大学商务学院
【公开日】2016年7月13日
【申请日】2016年1月28日