一种碳纤维恒温加热垫的控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种碳纤维恒温加热垫的控制系统，由主控单元模块、电源模块、液晶显示、控制按键和加热测温执行单元构成，加热测温执行单元包括电压整形变换、加热部件及温度传感器；电压整形变换的光耦合器输入端的阳极与电源模块相连，光耦合器输入端的阴极与主控单元模块PWM波输出口相连，光耦合器输出端的发射极与地相连，光耦合器输入端的集电极与RC滤波电路输入端相连，RC滤波电路输出端与场效应管的栅极相连；主控单元模块输出的PWM波与光耦合器的输入端把电信号转变为光信号，在输出端再把光信号转变为电信号，再经过RC滤波电路送至漏极放大电路。采用碳纤维作为加热执行部件，工作于医院等环境，防止高压氧等爆炸等；采用开关型降压稳压器可提供更加可靠、稳定的直流输出并避免设备之间的干扰；本实用新型反应更灵敏，控温更准确，PWM调制加热平稳，功耗降低。
【专利说明】一种碳纤维恒温加热垫的控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型公开一种碳纤维恒温加热垫的控制系统，是对现有恒温加热垫控制系统结构的改进，属于电加热控制装置【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，国内市场上升温毯种类繁多，包括电热毯、变温水毯、充气式加温毯等。其中多功能保健型电热毯最具价格优势，但其不适合临床使用，是由于①在患者进入手术间前，这种低压保健型电热毯必须用高温档预热，术中还须用低温档保暖使预热时间过长；②给患者使用时，还必须经常查看电热毯的温度和湿度，以免烫伤皮肤；③防水效果差，使用不当会发生漏电危险。变温水垫以往被认为是病人保温的金标准，它是通过与患者体表接触的水毯利用水箱内循环水与体表的温度差相互传导热量，达到降温和复温的目的。但目前此种水循环温垫对低温的预防及治疗效果尚缺乏科学的依据。有研究证实此法无预防效果，因水垫与病人接触面积仅15%，接触面组织受重力压迫，局部血循环较差，不能将热量带到身体内部。同时热与压力引起组织损伤，有的甚至因变温装置失灵可能造成严重烫伤。充气式加温毯是通过向毯内充入热空气达到保温目的，是目前较新的一种保温用具，具有方便、有效等优势，但价格较昂贵，且存在控温效果不佳等缺陷，很难于临床推广。
【发明内容】
[0003]本实用新型提供了一种碳纤维恒温加热垫的控制系统，通过多点测温、多路加热使得加热更均匀，控温更准确，工作更可靠，解决了原产品中不同部分温度不均匀的问题。 [0004]本实用新型提供的碳纤维恒温加热垫的控制系统，其技术解决方案如下:
[0005]碳纤维恒温加热垫系统由主控单元模块、电源模块、液晶显示(TJDM12864S1)、控制按键和加热测温执行单元构成。其中加热测温执行单元由电压整形变换、加热部件及温度传感器构成，共4路。由于每一路电路相同，为简化原理图绘制，图中只给出一路进行说明。其中，所有元器件的功能端口的连接关系及实现的功能如下:电压整形变换由光耦合器(TLP521-4)、电阻Rl (5.11(0)、电阻1?2 (2ΚΩ)电容Cl (103)和场效应管5410组成。光率禹合器输入端阳极与电源模块+5V相连,阴极与主控单兀模块PWM波输出I/O 口相连,光率禹合器输出端发射极与地相连，集电极与R1、C1构成的RC滤波电路输入端相连，RC滤波电路输出端与场效应管的栅极相连，电阻R2连接在场效应管的栅极和源极之间，用于设置放大电路工作点，场效应管的源极还与电源模块的+24V相连。主控单元模块输出的PWM波经由光率禹合器的输入端把电信号转变为光信号，在输出端再把光信号转变为电信号。由于中间通过光进行耦合，所以使得光耦合器输入和输出端在电路上是彻底分离的，避免了前后级的干扰。该电信号再经过R1、C1构成的RC滤波电路后使波形变得平滑，再送至由场效应管和R2构成共漏极放大电路后驱动加热部件。该共漏极放大电路放大倍数约等于1，具有电压跟随特性，对加热部件起到驱动作用。
[0006]由于整体系统前后级工作电压不同，为防止高电压对低电压部分产生干扰和冲击，这里采用光耦合器对电路中不同电压部分进行物理隔离。主控单元模块输出的PWM波经由光耦合器送至R1、Cl构成的RC滤波电路，再送至由场效应管和R2构成共漏极放大电路后驱动加热部件。该共漏极放大电路放大倍数约等于1，具有电压跟随特性，对加热部件起到驱动作用。故而，整个电压整形变换电路的作用是将主控单元模块输出的O?5V的PWM波隔离并变换到O?24V，为加热部件提供可控的高压加热电源信号。电源部分提供两种电源:1.+24?+36V的直流电压，为电压整形变换和加热部件供电；2.+5V (VCC)直流电压，为主控单元模块、液晶显示器TJDM12864S1、电压整形变换电路以及温度传感器供电。控制按键提供功能设定接口，与主控单元模块的I/O 口 P2相连。液晶显示通过串行显示方式用来显示系统的工作状态，与主控单元模块的I/O 口 PO相连。PWM输出控制采用微处理器提供的可直接输出PWM波的I/O 口作为输出端。
[0007]本实用新型采用4路加热测温执行单元，分别控制和加热四个加热点，由于主控单元模块等工作电压与加热部件的工作电压存在一定的压差，会对以单片机为主的主控单元模块产生一定干扰，所以通过光耦合器把低电压部分和高电压部分进行物理隔离，屏蔽高电压电路对主控单元模块的干扰。四路PWM波通过由光耦合器和场效应管为主构成的电压整形变换电路后，送至加热部件，为其提供适当的加热功率。每一路加热测温执行单元都配有独立的温度传感器，分别采集每一个加热测温执行单元处的温度进行反馈，可以实时、精确的控制每一路的加热功率，进而实现精确控温。此外，还有一个独立出来的温度传感器用于采集环境温度，对各个加热通道的温控进行补偿。所有的温度传感器通过总线的方式与微处理器的串行I/O 口相连。
[0008]打开供电电源，整个系统上电自检完毕。系统首先检测系统预存温度设定，对设定值与当前温度进行比较，未达要求，则通过主控单元模块的I/o 口送出PWM波由加热部件开始进行加热；系统逐点检测各温度传感器的数据，并由液晶显示屏显示设定温度和当下各点温度；随着温度逐步接近目标温度，PWM波逐步提高占空比来降低功耗。由于各点分布情况和具体使用环境的不同，各点散热状况可能不同，通过独立控制，可以很好地保证整个系统的加热均匀，稳定。
[0009]本实用新型的积极效果在于:采用碳纤维作为加热执行部件，工作于医院等环境，防止高压氧等爆炸等；采用开关型降压稳压器可提供更加可靠、稳定的直流输出并避免设备之间的干扰；本实用新型反应更灵敏，控温更准确，PWM调制加热平稳，功耗降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型结构原理图。
【具体实施方式】
[0011]根据图1所示本实用新型由主控单元模块(87C51)、电源模块、液晶显示(TJDM12864S1)、控制按键和加热测温执行单元构成。其中加热测温执行单元由电压整形变换、加热部件及温度传感器(DS18B20)构成，共4路。由于每一路电路相同，为简化原理图绘制，图中只给出一路进行说明。
[0012]其中，电压整形变换由光耦合器(TLP521-4)、电阻Rl (5.1ΚΩ )、电阻R2 (2ΚΩ )电容Cl (103)和场效应管5410组成。由于整体系统前后级工作电压不同，为防止高电压对低电压部分产生干扰和冲击，这里采用光耦合器对电路中不同电压部分进行物理隔离。主控单元模块输出的PWM波经由光耦合器送至R1、C1构成的RC滤波电路，再送至由场效应管和R2构成共漏极放大电路后驱动加热部件。该共漏极放大电路放大倍数约等于1，具有电压跟随特性，对加热部件起到驱动作用。故而，整个电压整形变换电路的作用是将主控单元模块输出的O?5V的PWM波隔离并变换到O?24V，为加热部件提供可控的高压加热电源信号。
[0013]加热模块主要组成部分为碳纤维加热丝。
[0014]电源模块提供两种电源:+24、36V的直流电压和+5V (VCC)直流电压。电源模块的+5V输出端分别为主控单元模块、液晶显示器TJDM12864S1、电压整形变换电路以及温度传感器供电。电源模块的+24?+36V为电压整形变换和加热部件供电。
[0015]控制按键与主控单元模块的I/O 口 P2相连。液晶显示与主控单元模块的I/O 口PO相连，通过串行显示方式显示系统工作状态。控制按键和液晶显示共同为系统提供人机交互接口。
[0016]主控单元模块的PWM输出控制采用主控单元模块87C51提供的可直接输出PWM波的I/o 口作为输出端，可以简化程序编写，提高运行效率。
[0017]本系统加热、测温采用四路独立工作方式，每一路加热测温执行单元都配有电压整形变换、加热部件和温度传感器DS18B20。由于每一路电路相同，为简化原理图绘制，图中只给出一路进行说明。加热测温执行单元是先通过电压整形变换电路把主控单元模块输出的O?5V的PWM波隔离并变换到O?24V，然后送至加热模块。温度传感器负责采集该加热模块当前温度，并进行反馈，可以实时、精确的控制每一路加热部件的加热功率，进而实现精确控温。
[0018]此外，还有一个独立出来的温度传感器DS18B20用于采集环境温度，对整个加热系统的温控进行补偿。所有的温度传感器通过总线的方式与主控单元模块的串行I/o 口相连。
【权利要求】
1.一种碳纤维恒温加热垫的控制系统，其特征在于:由主控单元模块、电源模块、液晶显示、控制按键和加热测温执行单元构成，其中，加热测温执行单元包括电压整形变换、力口热部件及温度传感器；电压整形变换包括光耦合器、电阻R1、电阻R2、电容Cl和场效应管，光率禹合器输入端的阳极与电源模块+5V相连,光稱合器输入端的阴极与主控单兀模块PWM波输出I/O 口相连，光I禹合器输出端的发射极与地相连，光I禹合器输入端的集电极与电阻R1、电容Cl构成的RC滤波电路输入端相连，RC滤波电路输出端与场效应管的栅极相连，电阻R2连接在场效应管的栅极和源极之间，场效应管的源极还与电源模块的+24V相连；主控单兀模块输出的PWM波与光I禹合器的输入端把电信号转变为光信号,在输出端再把光信号转变为电信号，该电信号再经过R1、C1构成的RC滤波电路，再送至由场效应管和R2构成共漏极放大电路。
【文档编号】A61F7/08GK203691646SQ201420053754
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】闫鹏, 郑伟东 申请人:吉林省人民医院