一种基于MOS管的恒温控制方法及装置与流程

本发明涉及工业应用场景下的温控技术，尤其涉及一种基于mos管的恒温控制方法及装置。

背景技术：

随着电子设备的大量使用，在大多数工业场合尤其是户外的工业场合，经常会遇见冰雪及冻雨致使设备无法正常运行。因此，很多在户外使用的电子设备及一些对冰雪及冻雨比较敏感的设备都需要进行加热来保证设备的正常运转。

目前，比较传统的加热保温方法通常使用电热丝等材料的加热来实现。然而，由于电热丝在通电后预热较慢，电热丝等加热装置较大，从而导致加热功率不易控制，很难做到精准恒温加热，且存在安装困难的问题。

技术实现要素：

本发明实施例为了解决上述提及的现有加热保温过程所存在的种种问题，创造性的提供一种基于mos管的恒温控制方法及装置。

根据本发明实施例第一方面，提供一种基于mos管的恒温控制方法，该方法包括：采集被加热设备的温度值；将所述被加热设备的温度值作为模糊pid算法的输入进行模糊pid运算，得到表征占空比的参数值；将所述表征占空比的参数值作为pwm的输入进行pwm调制，得到pwm脉冲输出信号；通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。

根据本发明一实施方式，所述方法还包括：检测所述被加热设备是否开启加热功能；若检测到所述被加热设备开启有加热功能，则采集被加热设备的温度值。

根据本发明一实施方式，在通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制之后，所述方法还包括：采集模糊pid运算的积分时间；在达到所述模糊pid运算的积分时间的时间延时之后，重新采集被加热设备的温度值。

根据本发明一实施方式，所述方法还包括：判定pwm脉冲高电平电压是否达到mos加热管的门限电压；若判定pwm脉冲高电平电压达到mos加热管的门限电压，则通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。

根据本发明一实施方式，所述mos加热管包括一个或多个mos管。

根据本发明实施例第二方面，还提供一种基于mos管的恒温控制装置，所述装置包括：温度采集模块，用于采集被加热设备的温度值；模糊pid控制模块，用于将所述被加热设备的温度值作为模糊pid算法的输入进行模糊pid运算，得到表征占空比的参数值；脉宽调制pwm模块，用于将所述表征占空比的参数值作为pwm的输入进行pwm调制，得到pwm脉冲输出信号；mos管加热模块，用于通过pwm脉冲输出信号来对mos加热管的加热状态进行通断控制。

根据本发明一实施方式，所述装置还包括：检测模块，用于检测所述被加热设备是否开启加热功能；所述温度采集模块，用于若经所述检测模块检测到所述被加热设备开启有加热功能，则采集被加热设备的温度值。

根据本发明一实施方式，所述装置还包括：采集模块，用于在所述mos管加热模块通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制之后，采集模糊pid运算的积分时间；所述温度采集模块，用于在达到所述模糊pid运算的积分时间的时间延时之后，重新采集被加热设备的温度值。

根据本发明一实施方式，所述装置还包括：判断模块，用于判断pwm脉冲高电平电压是否达到mos加热管的门限电压；所述mos管加热模块，用于若判定pwm脉冲高电平电压达到mos加热管的门限电压，则通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。

本发明实施例所述基于mos管的恒温控制方法及装置，首先采集被加热设备的温度值；之后将所述被加热设备的温度值作为模糊pid算法的输入进行模糊pid运算，得到表征占空比的参数值；进一步地将所述表征占空比的参数值作为pwm的输入进行pwm调制，得到pwm脉冲输出信号；最后通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。如此，本发明采用mos管的低阻特性，通过mos管的通断来进行加热控制，可以精准控制设备温度，从而使设备恒温；而且加热装置简单只需要很小的空间便可产生很大的功率。另外，本发明使用模糊pid算法来进行节能控制，既能保证设备保持恒温，又能根据环境温度进行自适应加热电流调整，从而改变mos加热管的加热功率。

需要理解的是，本发明的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本发明的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本发明实施例基于mos管的恒温控制方法的实现流程示意图；

图2示出了本发明一应用实例基于mos管的恒温控制的硬件构成示意图；

图3示出了本发明一应用实例化基于mos管的恒温控制方法的具体实现流程示意图；

图4示出了本发明实施例基于mos管的恒温控制装置的组成结构示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为使本发明更加透彻和完整，并能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

图1示出了本发明实施例基于mos管的恒温控制方法的实现流程示意图。

参考图1，本发明实施例基于mos管的恒温控制方法包括：操作101，采集被加热设备的温度值；操作102，将所述被加热设备的温度值作为模糊pid算法的输入进行模糊pid运算，得到表征占空比的参数值；操作103，将所述表征占空比的参数值作为pwm的输入进行pwm调制，得到pwm脉冲输出信号；操作104，通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。

根据本发明一实施方式，在操作101之前，基于mos管的恒温控制装置可以首先检测所述被加热设备是否开启加热功能。具体地，当检测到所述被加热设备开启有加热功能时，采集被加热设备的温度值；否则，关闭加热功能，结束后续基于mos管的恒温控制方法的所有流程。

根据本发明一实施方式，在操作104通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制之后，所述方法还包括：采集模糊pid运算的积分时间；在达到所述模糊pid运算的积分时间的时间延时之后，标识已完成一次恒温控制操作流程，重新开始返回到操作101继续采集被加热设备的温度值，以循环执行操作101～104来进行恒温控制。

根据本发明一实施方式，在操作103之后，进一步判定pwm脉冲高电平电压是否达到mos加热管的门限电压；若判定pwm脉冲高电平电压达到mos加热管的门限电压，则通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。

根据本发明一实施方式，mos加热管包括一个或多个mos管。这样，本发明基于mos管的恒温控制装置可以通过对多个mos管进行电压分配，可以采用分配给不同mos管以不同电压的方式来分配每个mos管所占总加热功率的比例。

本发明实施例基于mos管的恒温控制方法，首先采集被加热设备的温度值；之后将所述被加热设备的温度值作为模糊pid算法的输入进行模糊pid运算，得到表征占空比的参数值；进一步地将所述表征占空比的参数值作为pwm的输入进行pwm调制，得到pwm脉冲输出信号；最后通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。如此，本发明采用mos管的低阻特性，通过mos管的通断来进行加热控制，可以精准控制设备温度，从而使设备恒温；而且加热装置简单只需要很小的空间便可产生很大的功率。另外，本发明使用模糊pid算法来进行节能控制，既能保证设备保持恒温，又能根据环境温度进行自适应加热电流调整，从而改变mos加热管的加热功率。

图2示出了本发明一应用实例基于mos管的恒温控制的硬件构成示意图。参考图2，该应用实例采用工业场合常用直流电压dc24v作为加热供电电压，设计加热功率为96w，故加热最大电流为4a(i＝96w/24v)。由于mos管加热器通断时电流较大，为减小mos管加热器通断对供电电源的影响，pwm脉冲频率选择较高的脉冲频率(1500hz)。

其中的模糊pid控制算法，被加热设备温度采集及pwm脉宽调制及输出均使用mcu进行控制。本实施选用mcu的io管脚输出电压为dc3.3v。本实施例同时增加了硬件限流电路，防止在mos管加热器加热电流超过设计电流造成供电系统的供电不足。

该应用实例中所使用mos管加热模块(mos管加热器)的选取需满足特点：1)mos管加热器工作电压范围大于装置供电电压；2)mos管加热器工作电流范围大于加热装置设计最大工作电流；3)mos管加热器通断延时远小于pwm脉冲频率；4)mos管加热器vgs开启电压小于pwm脉冲控制器高电平电压。因此，选择的mos管加热器型号为stp80nf55-06fp的n沟道mos管。stp80nf55-06fp的n沟道mos管的具体参数如下：最大工作电压为dc55v；最大工作电流为60a；开启通断时间小于300ns；vgs开启电压为2v。

结合图2所示的基于mos管的恒温控制的硬件构成示意图，图3示出了本发明一应用实例化基于mos管的恒温控制方法的具体实现流程示意图。

参考图3，该应用实例中基于mos管的恒温控制装置在上电后首先根据内置在mcu中的参数判断是否开启加热，若参数设定为开启加热，则执行加热控制第一步，即温度采集模块(如温度探头)开始采集被加热设备的温度，将被加热设备的温度值作为模糊pid算法的输入参数传入模糊pid算法。之后，执行加热控制第二步，即模糊pid算法运算后，输出脉宽调制pwm的输入参数，pwm脉宽调制模块根据pid输出的参数进行脉冲宽度调整，以达到调节加热功率的效果。最后执行加热控制第三步，由mcu定时器，延时一定时间如本应用实例延时时间为0.5秒，作为模糊pid算法的积分时间，表征完成了一次加热控制，开始返回到加热控制第一步，继续循环执行。

下面结合图2和图3来详细阐述基于mos管的恒温控制的工作原理。

结合图2的硬件框图，首先利用了mos管低阻值，过流能力强的特点，mos管在低压直流情况下可以产生较大电流，同时mos管由于内阻也会产生很大的热量，进行加热。本应用实例设计最大加热电流为4a，供电电压dc24v。

由于设计最大电流为4a,故mos管3的源极电压vs3最大电压为0.047*4＝0.188v，即vin2＝0.188v。设计比较器输入vin1大于vin2时，比较器输出高电平(2v),mos管3的栅极电压vg3＝vout>vgs,满足导通条件，回路导通。vin1小于vin2时输出低电平，mos管3的栅极电压vg3＝vout＝0v,不满足导通条件。故当回路中任意mos管毁坏导致的击穿，不会使本加热电路的电流不受限制而导致系统整体短路。而且，mos管内阻等受温度影响将产生变化，由此保护电路保护将使加热装置的整体最大电流低于4a。由vin2的输入电压要求需要设计vin1的输入电压为0.188v+0.02v较为合适。但mcu的io输出电压为3.3v，所以，需要对mcu输出pwm电压进行分压，分压后的vin1为0.2v。当电流大于4a后vin2将会增加，致使vin2>vin1,比较器输出低电平，使整个恒温控制系统关闭。

本应用实例基于mos管的恒温控制装置在通电工作后，mos管1的状态描述如下：漏极供电vd1为dc24v；栅极电压通过分压电阻分压后为24*0.8＝19.2v即vg1＝19.2v；满足导通条件vg1>vgs。因此，mos管1在回路导通时可以导通。同时，vd2＝vs1＝vd1-vg1＝24-19.2＝4.8v，故mos管1的压降为4.8v，占本实施例加热总功率的百分比约为20％(4.8v/24v)。mos管2的状态描述如下：漏极供电vd2＝vs1＝19.2v；栅极电压通过分压电阻分压后为24*0.48＝11.52v即vg2＝11.52v；满足导通条件vg2>vgs。因此，mos管2在回路导通时可以导通，同时，vd3＝vs2＝vd2-vg2＝19.2-11.52＝7.68v，故mos管2的压降为7.68v，占本实施例加热总功率的百分比约为32％(7.68v/24v)。mos管3的状态描述如下：mos管3的通断控制着mos管1和mos管2的通断，只有mos管3导通时，mos管1和2才会构成通电回路。

本应用实例的限流保护组成及工作原理，比较器满足在限流范围内的工作状态：漏极供电vd3＝vs2＝11.52v；栅极电压为比较器输出电压vg3＝vout＝2v；满足导通条件vg3>vgs。因此，mos管3的通断由mcu输出pwm高低电平占空比控制通断。同时，mos管3的vd3-vg3＝11.52-2＝9.52v，故mos管3的压降为9.52v，占本应用实例加热总功率的百分比约为39.6％(9.52v/24v)。

基于上文所提及的基于mos管的恒温控制方法，本发明实施例又提供一种基于mos管的恒温控制装置，如图4所示，该装置40包括：温度采集模块401，用于采集被加热设备的温度值；模糊pid控制模块402，用于将所述被加热设备的温度值作为模糊pid算法的输入进行模糊pid运算，得到表征占空比的参数值；脉宽调制pwm模块403，用于将所述表征占空比的参数值作为pwm的输入进行pwm调制，得到pwm脉冲输出信号；mos管加热模块404，用于通过pwm脉冲输出信号来对mos加热管的加热状态进行通断控制。

根据本发明一实施方式，所述装置还包括：检测模块，用于检测所述被加热设备是否开启加热功能；所述温度采集模块，用于若经所述检测模块检测到所述被加热设备开启有加热功能，则采集被加热设备的温度值。

根据本发明一实施方式，所述装置还包括：采集模块，用于在所述mos管加热模块通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制之后，采集模糊pid运算的积分时间；所述温度采集模块，用于在达到所述模糊pid运算的积分时间的时间延时之后，重新采集被加热设备的温度值。

根据本发明一实施方式，所述装置还包括：判断模块，用于判断pwm脉冲高电平电压是否达到mos加热管的门限电压；所述mos管加热模块，用于若判定pwm脉冲高电平电压达到mos加热管的门限电压，则通过所述pwm脉冲输出信号对mos加热管的加热状态进行通断控制。

这里需要指出的是：以上对基于mos管的恒温控制装置实施例的描述，与前述图1所示的方法实施例的描述是类似的，具有同前述图1所示的方法实施例相似的有益效果，因此不做赘述。对于本发明对基于mos管的恒温控制装置中未披露的技术细节，请参照本发明前述图1所示的方法实施例的描述而理解，为节约篇幅，因此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以利用硬件的形式实现，也可以利用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于运算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(readonlymemory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个运算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该运算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台运算机设备(可以是个人运算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、rom、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。