一种大功率激光器恒温控制系统的制作方法

本申请涉及温度控制领域，特别涉及一种基于单片机pid(proportion、integral、differential，比例积分式)算法的大功率激光器恒温控制系统。

背景技术：

温度控制在日常生活和工业领域应用非常广泛，传统的温度控制系统是采用位式控制，当温度上限高于最高设定值时，加热器关闭，当温度下限低于最低设定值时，加热器开启。这样，就可以将温度控制在一定的范围内。虽然这种控制方式比较简单，但是温度波动范围比较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种大功率激光器恒温控制系统，可以解决现有的温度控制系统温度波动范围比较大的问题。

为了解决以上提出的问题，本实用新型实施例提供了如下所述的技术方案：

一种大功率激光器恒温控制系统，基于单片机pid算法输出加热温度控制信号或制冷温度控制信号给加热设备或者制冷设备，用于维持所述大功率激光器工作于恒温状态下，其特征在于，包括：

直流供电模块，用于将外部的交流电压转换为直流电压；

单片机控制模块，包括单片机，其具有多个引脚，用于输出所述温度控制信号；

温度设定模块，与所述单片机相连，用于根据用户指令输出温度设定信号，其包括三个温度设定电路，每个温度设定电路分别包括开关元件、第一电阻以及第一电容，所述每个第一电阻和第一电容相互串连，其相连节点分别与所述开关元件一端相连，并输出不同的温度设定信号给所述单片机，所述开关元件另一端用于接收用户指令；其中，每个第一电阻的一端与所述直流供电模块相连，所述第一电容的一端接地；

温度检测模块，与所述单片机相连，用于检测目前所述大功率激光器恒温控制系统内部的温度，其包括相互串联的第一热敏电阻和分压电阻，二者分压后输出温度检测信号；

光电耦合隔离模块，其包括第一光电耦合隔离电路与第二光电耦合隔离电路，所述第一光电耦合隔离电路与所述单片机控制模块和所述加热设备相连，所述第二光电耦合隔离电路与所述单片机控制模块和所述制冷设备相连，且所述第一光电耦合隔离电路与第二光电耦合隔离电路均包括光电耦合器与可控硅，其中，所述光电耦合器具有多个引脚，其中第一光电耦合隔离电路中的光电耦合器的一个引脚用于接收所述加热温度控制信号，一个引脚通过所述可控硅与所述加热设备相连，第二光电耦合隔离电路中的光电耦合器的一个引脚用于接收所述制冷温度控制信号，一个引脚通过所述可控硅与所述制冷设备相连；以及

其中，与所述单片机控制模块、温度检测模块、温度设定模块、温度显示模块以及光电耦合隔离模块均与所述直流供电模块相连相连。

进一步地，所述直流供电模块包括：

降压变压器，其输入端接收外部交流电压，输出端输出降压后的直流信号；

桥式整流电路，具有四个二极管，其输入端与所述降压变压器的输出端相连；

第一储能电容、第二储能电容，二者并联于所述桥式整流电路输出端；

稳压源芯片，其跨接在所述桥式整流电路输出端；以及

第三储能电容、第四储能电容，二者并联于所述桥式整流电路输出端。

进一步地，所述直流供电模块包括第一发光二极管和电阻，二者并联于所述桥式整流电路输出端，且所述电阻一端接地。

进一步地，所述三个温度设定电路包括温度修改启动电路、温度降低电路、温度调高电路，所述温度修改启动电路接收温度修改启动指令，并输出温度修改启动信号给所述单片机；所述温度降低电路接收温度降低指令，并输出温度降低信号给所述单片机；所述温度调高电路接收温度调高指令，并输出温度调高信号给所述单片机。

进一步地，还包括数码温度显示模块，与所述单片机相连，其包括led数码显示屏、多个限流电阻和多个电流放大元件，其中，所述数码显示屏具有三个正极和八个负极，每个负极均通过限流电阻与所述单片机对应引脚相连，每个正极均通过电流放大元件与所述单片机对应引脚相连。

进一步地，所述数码温度显示模块中的电流放大元件为pnp三极管，其基极分别与所述单片机对应引脚相连，集电极分别与所述led数码显示屏的正极对应相连，发射极与所述直流供电模块相连。

进一步地，所述数码温度显示模块还包括多个第二电阻，分别对应与所述pnp三极管的基极相连。

进一步地，所述第一光电耦合电路中的光电耦合器的第一引脚与所述直流供电模块相连，第二引脚通过第三电阻接收温度控制信号，第四引脚通过所述可控硅与所述加热设备相连，第六引脚通过第四电阻与所述加热设备相连；所述第二光电耦合电路中的光电耦合器的第一引脚与所述直流供电模块相连，第二引脚通过第三电阻接收温度控制信号，第四引脚通过所述可控硅与所述制冷设备相连，第六引脚通过第四电阻与所述制冷设备相连。

进一步地，所述第一光电耦合隔离电路与第二光电耦合隔离电路均包括第二发光二极管，其中第一光电耦合隔离电路中的第二发光二极管的阳极与所述第一光电耦合隔离电路中的光电耦合器第一引脚相连，阴极接收所述加热温度控制信号；第二光电耦合隔离电路中的第二发光二极管的阳极与所述第二光电耦合隔离电路中的光电耦合器第一引脚相连，阴极接收所述制冷温度控制信号。

进一步地，所述光电耦合隔离模块更包括：

交流电源接口，具有三个引脚；

第二热敏电阻，连接于所述加热设备或所述制冷设备与所述交流电源接口第一引脚之间，用于吸收所述大功率激光器上电时产生的瞬间大电流；

保险丝，连接于所述交流电源接口第一引脚与所述第二热敏电阻之间；以及

压敏电阻，连接于所述交流电源接口第一引脚与第三引脚之间，用于吸收系统电网中多余的电压。

本实用新型通过温度设定模块来设置所需要的恒定温度，单片机控制模块根据检测到的温度信号与用户设定的温度信号作对比，根据pid算法输出温度控制信号来控制整个大功率激光器系统处于恒温状态，从而实现系统温度维持在一个恒定范围内，减小温度波动变化，且采用直流电压转换电路将外部交流电压转换为直流电压供给其他模块，无需添加额外的直流开关电源。同时，利用光电耦合隔离电路将强弱电隔离开来，使得整个系统安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中大功率激光器恒温控制系统的电路模块图；

图2为图1中直流供电模块的具体电路图；

图3为图1中温度检测模块、温度设定模块以及数码温度显示模块的具体电路图；

图4为图1中光电耦合隔离模块的具体电路图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将参照相关附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型实施例提供一种大功率激光器恒温控制系统，如图1所示，基于单片机pid算法输出温度控制信号给加热设备70或者制冷设备80，用于维持大功率激光器工作于恒温状态下。该恒温系统包括单片机控制模块10、温度设定模块20、温度检测模块30、数码温度显示模块40、光电耦合隔离模块50以及直流供电模块60。其中，单片机控制模块10用于输出温度控制信号，温度设定模块20与单片机控制模块10相连，用于根据用户指令输出温度设定信号。本实施例中，温度控制信号可以是加热温度控制信号，也可以是制冷温度控制信号。温度检测模块30与单片机控制模块10相连，用于检测大功率激光器系统内部的温度，输出温度检测信号。数码温度显示模块40也与单片机控制模块10相连，用于显示大功率激光器系统内部的温度。光电耦合隔离模块50与单片机控制模块10相连，用于根据温度控制信号进行导通与截止，从而决定加热设备70、制冷设备80是否上电。直流供电模块60与单片机控制模块10、温度设定模块20、温度检测模块30、数码温度显示模块40以及光电耦合隔离模块50相连，用于将外部的220v交流电压转换为各个模块所需要的5v直流电压。同时，光电耦合隔离模块50也将整个系统的强弱电相互隔离。

图2是直流电源供电模块60的具体电路图，其包括降压变压器t、桥式整流电路d、第一储能电容c1、第二储能电容c2、第三储能电容c3、第四储能电容c4、稳压源芯片u1、第一发光二极管led1以及电阻r。其中，降压变压器t接收外部220v交流电压，输出端输出降压后的信号。桥式整流滤波电路d是由四个二极管d1、d2、d3、d4组成，二极管d1的阳极与二极管d3的阴极作为整流滤波电路d的输入端，与降压变压器t的输出端相连，二极管d2的阴极与二极管d4的阳极作为整流滤波电路d的输出端，用于将降压后的信号进行整流滤波。第一储能电容c1、第二储能电容c2、第三储能电容c3、第四储能电容c4分别并联于所述桥式整流电路d的输出端之间，用于储能滤波。第一发光二极管led1与电阻r相互串联，且并接与桥式整流电路d的输出端之间。稳压源芯片u1跨接于桥式整流电路d输出端，其具有3个引脚，引脚vin与二极管d2的阴极相连，引脚gnd与二极管d4的阳极相连，并接地，引脚vout与第一发光二极管led1的阳极相连，用于输出5v直流电压，电阻r接地。本实施例中，稳压源芯片u1为lm7805，降压变压器t输出的降压后的信号，经过桥式整流滤波、储能滤波、稳压后再储能滤波，最后输出稳定的5v直流电压信号给各个模块。当直流供电模块60正常供电时，第一发光二极管led1点亮。

图3为图1中单片机检测模块10、温度设定模块20、温度检测模块30以及数码温度显示模块40的具体电路图。其中，单片机控制模块10包括单片机u2，其具有多个引脚，用于输出温度控制信号。

温度设定模块20包括三个温度设定电路，其分别包括第一开关元件s11、s12、s13，第一电阻r11、r12、r13，以及第一电容c11、c12、c13。第一电阻r11与第一电容c11串联于直流电压5v与地之间，第一开关元件s11与第一电阻r11及第一电容c11的共同连接点相连，并且连接至单片机u2的引脚9，构成温度修改启动电路，用于接收温度修改启动指令，并输出温度修改启动信号给所述单片机u1；第一电阻r12与第一电容c12串联于直流电压5v与地之间，第一开关元件s12与第一电阻r12及第一电容c12的共同连接点相连，并且连接至单片机u2的引脚10，构成温度调高电路，用于接收温度调高指令，并输出温度调高信号给所述单片机u1；第一电阻r13与第一电容c13串联于直流电压5v与地之间，第一开关元件s13与第一电阻r13及第一电容c13的共同连接点相连，并且连接至单片机u2的引脚11，构成温度降低电路，用于接收温度降低指令，并输出温度降低信号给所述单片机u1。

本实施例中，第一开关元件s11、s12、s13均为按键，用于接收用户指令，并通过单片机u2的引脚9、10、11输出温度设定信号给单片机控制模块10，第一电容c11、c12、c13分别起到消抖的作用，避免因为外部干扰而引起单片机u2的误动作。本实施例中，用户想要修改之前设定的温度时，需要先按下第一开关元件s11，用以告知单片机u1此时温度需要做出调整；继而，用户按下第一开关元件s12，即为温度调高指令，单片机u1接收到温度调高指令后，从而输出加热温度控制信号；抑或是，用户按下第一开关元件s13，即为温度降低指令，单片机u1接收到温度降低指令后，从而输出制冷温度控制信号。

温度检测模块30包括第一热敏电阻rv1和分压电阻r1，串联于直流电压5v与地之间，二者分压后输出温度检测信号给单片机u2的引脚14。当大功率激光器内部系统温度发生变化时，第一热敏电阻rv1的阻值也会发生变化，从而单片机u2的引脚14接收到的分压信号也会随着变化。那么，单片机u1接收到的温度检测信号也会发生变化，当检测到的温度与单片机u2设定的温度偏差大于10度时，单片机u2则会输出加热温度控制信号，从而启动加热设备70全速加热；当检测到的温度与单片机u2设定的温度偏差小于10度时，则单片机u2经过pid计算输出一个温度控制信号，从而使得大功率激光器可以保持在一个比较恒定的温度范围内工作。

数码温度显示模块40具有led数码显示屏u3,所述led数码显示屏u3具有三个正极引脚a1、a2、a3和八个负极引脚a、b、c、d、e、f、g、db，其中，八个负极引脚a、b、c、d、e、f、g、db分别通过限流电阻ra、rb、rc、rd、re、rf、rg、rdb与单片机u2引脚25、26、27、28、29、30、31、32相连，三个正极引脚a1、a2、a3分别通过电流放大元件qa1、qa2、qa3与单片机u2的引脚24、23、22相连。本实施例中，电流放大元件qa1、qa2、qa3是pnp三极管，且每个电流放大元件qa1、qa2、qa3的基极分别通过第二电阻ra1、ra2、ra3与单片机u2的引脚24、23、22相连，集电极与led数码显示屏u3的正极引脚a1、a2、a3相连，发射极接收5v直流电压信号。本实施例中，数码显示屏u3是由3位8段数码管显示，由于单片机u2引脚24、23、22输出的温度显示信号电流比较弱，所以需要通过电流放大元件qa1、qa2、qa3将该信号进行放大，再输出给led数码显示屏u3。同时，led数码显示屏u3相连的限流电阻ra、rb、rc、rd、re、rf、rg、rdb使得数码管高亮显示的时候，又能防止电流过大而烧坏。

本实施例中，电阻r2连接于单片机u1引脚1与直流电压5v之间，电容c2连接于单片机u1引脚1与地之间，本实施例中，电阻r2与电容c2组成复位电路，使得单片机u2上电能正常复位后再执行程序。单片机u1引脚4接地，引脚5通过电容c3与地相连，引脚6与5v直流电压相连，电容c4连接于引脚6与地之间，本实施例中，单片机u1通过电容c3、c4，供给单片机u1稳定的电源。

参阅图4，光电耦合隔离模块50包括第一、第二光电耦合隔离电路，每个光电耦合隔离电路同时与所述单片机u1相连，且又分别与加热设备70和制冷设备80相连。本实施例中，第一光电耦合隔离电路包括光电耦合器u4和可控硅tr1，光电耦合器u4具有6个引脚，其中，引脚1与5v直流电压相连，引脚2通过第三电阻r3a与单片机引脚12相连，用于接收单片机控制模块10输出的加热温度控制信号，引脚4与可控硅tr1的一端相连，引脚6通过第四电阻r4a与可控硅tr1的另一端相连，并连接至加热设备70。同时，第五电阻r5a与第二发光二极管led2a串联于5v直流电压和第三电阻r3a之间，当光电耦合器u4的引脚2接收到来自单片机u1的加热温度控制信号时，光电耦合器u4导通，第二发光二极管led2a点亮，指示温度控制信号的到来，从而去控制可控硅tr1的导通。

同样的，第二光电耦合隔离电路也包括光电耦合器u5和可控硅tr2，光电耦合器u5也具有6个引脚，其中，引脚1与与5v直流电压相连，引脚2通过第三电阻r3b与单片机引脚13相连，用于接收单片机控制模块10输出的制冷温度控制信号，引脚4与可控硅tr2的一端相连，引脚6通过第四电阻r4b与可控硅tr2的另一端相连，并连接至制冷设备80。同时，第五电阻r5b与第二发光二极管led2b串联于5v直流电压和第三电阻r3b之间，当光电耦合器u5的引脚2接收到来自单片机u1的制冷温度控制信号时，光电耦合器u5导通，第二发光二极管led2b点亮，指示温度控制信号的到来，从而去控制可控硅tr2的导通。

本实施例中，光电耦合隔离模块50还包括交流电源接口cn1，其具有三个引脚。加热设备70和制冷设备80同时连接相互并联的第二开关s2、第三开关s3的一端，且第二开关s2、第三开关s3的另一端通过第二热敏电阻rv2与交流电源接口cn1的引脚1相连，同时保险丝f1连接于第二热敏电阻rv2与交流电源接口cn1引脚1之间，压敏电阻rv3连接于交流电源接口cn1引脚1与引脚3之间。同时，第六电阻r6a与电容c5a相互串联，并跨接于可控硅tr1两端，第七电阻r7a与光电耦合器u4引脚4相连；且，第六电阻r6b与电容c6相互串联，并跨接于可控硅tr2两端，第七电阻r7b与光电耦合器u5引脚4相连。当电网电压波形太大时，压敏电阻rv3立即导通吸收多余的电压。当电路电流过大时，保险丝f1烧断，电路断开，防止烧坏设备。第二热敏电阻rv2为负温度系数的热敏电阻，防止设备刚上电瞬间电流过大而烧坏设备。交流电源接口cn1用来接收外部的220v交流电压。

综上所述，本实施例所提供的大功率激光器恒温控制系统，利用单片机pid算法来提供温度控制信号，从而实现系统温度维持在一个恒定范围内，减小温度波动变化。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给了本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围。本实用新型可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。