专利名称：温度智能驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动控制技术领域，涉及一种用于温度控制的温度智能驱动器。
背景技术：
温度驱器是工业生产常用的自动化器件，一般通过温度传感器检测温度信号，然 后与给定值的比较，发出调节指令给加热器件，从而达到控制温度的作用。国内用于温度控制的驱动器一直存在着采集数据滞后、精确度不高、兼容性负载 控制受限制的问题，如只能带阻性、容性、感性负载中的一种，而不能兼容。为此，针对不同 的负载就需设计使用不同的电路，由于一般的温度控制产品都采用逻辑分立电路设计，这 种电路本身在采集数据的精确度与及时性方面就有局限性，即使采用传感器采集信号的分 压电路进行数据采集，其精度也只能达到rc的调节精度，往往是温度的快速变化控制部分 很难及时动作达到调节目的。同时电路工作时负载的变化会给电路带来很大的影响，使测 试数据不准确影响电路的工作精度。需要根据不同的负载特性设计不同的温控电路来达到 准确控制的目的
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种信号采集速度快、控制精度高、负载兼容性强的温 度智能驱动器。本实用新型所提供的温度智能驱动器包括信号采集电路、单片机电路，其特点是 温度智能驱动器中还有使能信号检测判断电路、晶闸管输出控制电路，使能信号检测判断 电路的输出接单片机电路，单片机电路还与信号采集转换电路及晶闸管输出控制电路相 接。所述的单片机电路中在单片机TO的电源输入端AVCC、AREF间设置了由电感Li、 电容C11-C13组成的L和倒L滤波电路。所述的信号采集电路由分压信号采集电路和精密信号处理电路组成，所述分压信 号采集电路由反接的两个稳压管D1、D2和电阻R1-R5构成，稳压管Dl的负极接电流互感器 的输出Al，稳压管D2的负极接地，由电阻Rl、R2，电阻R3、R4构成的两组分压电路及电阻 R5与反接的两个稳压管Dl、D2并联，采集信号由两个分压电路的节点输出；所述精密信号 处理电路由运算放大器U1-U4及外围元器件组成结构相同的高低两路采集信号处理电路， 该信号处理电路的第一级由运算放大器U1、二极管D3、电阻R6、R7与运算放大器U4、二极 管D4、电阻R12、R13构成，运算放大器U1、U4的反相输入端分别通过电阻R6、R12接两组分 压电路的输出，二极管D3、D4的正极分别接运算放大器Ul、U4的输出端，反馈电阻R7、R13 分别接在二极管D3、D4的负极与运算放大器U1、U4反相输入端间；该信号处理电路的第二 级由运算放大器U2、滤波电容C1-C3电阻R8-R11及运算放大器U3、滤波电容C4-C6、电阻 R14-R17构成的两个结构相同的电压跟随器，电阻R8、R14分别接二极管D3、D4的负极，并 分别通过电阻R9、R15接运算放大器U2、U3的同相输入端，电容Cl、C4分别接在运算放大器U2、U3的反相输入端与电阻R8、R9与电阻R14、R15的连接节点间，电容C2、C5分别接在 运算放大器U2、U3的同相输入端与地之间，两个运算放大器U2、U3的反相输入端分别接各 自的输出端，运算放大器U2、U3的输出端分别通过电阻R10、R16接单片机U5的两个A/D转 换输入口，电阻R11、电容C3，电阻R17、电容C6分别并联接在电阻RIO、R16与地之间。所述使能信号检测判断电路由二极管D5、D6，光耦Ql、Q2，三极管Q3-Q6，电容C7、 C8和电阻R18-R28组成，正、负使能信号EN+、EN_分别通过二极管D5、D6接光耦Ql发光管 的正极，光耦Ql收光管的集电极通过上拉电阻R19接VCC，通过输出电阻R20接单片机U5 的信号输入口 PD2 ；三极管Q3、Q4与电阻R18、R21、R22构成开关电路，三极管Q3的射极、基 极分别接三极管Q4的基极、集电极，电阻R21、R22分别接在三极管Q4的发射极、集电极间 与基极、射极间，电阻R21通过电阻R18接光耦Ql发光管的正极，光耦Ql发光管的负极接 三极管Q3的集电极；由三极管Q5、电阻R25-R27构成驱动电路，三极管Q5通过其基极电阻 R25接单片机U5的信号输出口 PD3，驱动电路的输出电阻R27接光耦Q2发光管的负极，光 耦Q2发光管的正极接24V电源，光耦Q2收光管的射极、集电极分别接三极管Q6的基极、集 电极，光耦Q2收光管、三极管Q6的集电极接开关电路中的电阻R21。所述晶闸管输出控制电路由三极管Q10、光耦Q7、晶闸管Q8、Q9、二极管D7-D10及 电阻R29-R35组成，三极管QlO通过其基极电阻R29接单片机U5PB 口的一位ΡΒ0，电阻R35 接三极管QlO的基极、射极间，三极管QlO的集电极接光耦Q7的输入脚2，光耦Q7的输入 脚1通过电阻R30接电源VCC，光耦Q7的输出脚6通过电阻R31、R33、二极管D7、D8接晶 闸管Q8的控制极，光耦Q7的输出脚4通过电阻R32、R34、二极管D9、D10接晶闸管Q9的控 制极，电阻R31接二极管D7的负极，二极管D8的正极，电阻R33接二极管D7的正极，二极 管D8的负极及晶闸管Q8的控制极，电阻R32接二极管D9的负极，二极管DlO的正极，电阻 R34接二极管D9的正极，二极管DlO的负极及晶闸管Q9的控制极，晶闸管Q8的阴极、晶闸 管Q9的阳极通过保险丝Fl接负载连接器C0N1，晶闸管Q8的阳极、晶闸管Q9的阴极接负载 连接器C0N2。本实用新型所提供温度智能驱动器的工作原理和技术效果如下单片机电路是 本实用新型的控制核心。使能检测电路在单片机电路的控制下接收上位机信号，当使能信 号加入时，使能检测电路判断并输出信号到单片机电路，单片机电路接收、检测到使能信号 后，发出指令开通信号采集电路通道，本实用新型采用电流互感器、分压信号采集电路与由 运放电路组成的精密信号处理电路将采集的电流信号值转换成匹配单片机的0-5V模拟电 压信号送入单片机内部的A/D转换器处理成数字信号。在采集过程中，可以捕捉到uA级电 流变化，采集精度高、速度快，能及时准确反馈当前温度变化，负载温度的变化通过电流互 感器、分压电路采集电流，并送入精密整流运放电路，其最终转换电压值与系统设置的基准 电压参数值送入单片机进行比较，由单片机电路根据比较结果判断向晶闸管输出控制电路 输出控制信号，单片机输出的信号采用PWM波控制晶闸管的导通、截止时间，从而控制负载 温度。由于采用过零检测技术控制晶闸管工作的特点，有效的解决了电路对不同属性负载 都能准确控制的目的，同时本实用新型在电路中采用了多项抗干扰措施使温度驱动器的工 作更安全、可靠，功耗大大降低。
图1为本实用新型所提供的温度智能驱动器的原理方框图；图2. 1-2. 6为本实用新型所提供的温度智能驱动器实施例一中单片机及相关电 路的电原理图；图2. 1为单片机电路中单片机的管脚接线图；图2. 2为单片机电路中外晶振电路；图2. 3为单片机电路中复位电路；图2. 4为单片机电路中滤波电路；图2. 5为本实用新型设置的抗干扰电路；图2. 6为本实用新型设置的由单片机电路控制的指示灯电路；图3. 1为本实用新型所提供的温度智能驱动器实施例一信号采集电路中分压信 号采集电路的电原理图；图3. 2为本实用新型所提供的温度智能驱动器实施例一信号采集电路中精密信 号处理电路的电原理图；图4. 1为本实用新型所提供的温度智能驱动器实施例一中使能信号检测判断电 路的电原理图；图4. 2为本实用新型实施例一中向单片机电路提供基准电压的电路图；图5为本实用新型所提供的温度智能驱动器实施例一中晶闸管输出控制电路电 原理图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的实施。由图1可知本实用新型所提供的温度智能 驱动器由使能信号检测判断电路、信号采集电路，单片机电路及晶闸管输出控制电路组成， 使能信号检测判断电路的输出接单片机电路，单片机电路还与信号采集电路及晶闸管输出 控制电路相接。图2. 1-2. 6为本实用新型所提供的温度智能驱动器实施例一中单片机及相 关电路的电原理图。单片机电路包括单片机U5、外部晶振电路、复位电路、滤波电路、以及 ISP程序下载接口等。单片机U5采用ATMEGA48-10AI，外部晶振电路由晶振Y2、电容C9、 ClO组成；复位电路由电阻R39、二极管Dll及电容C14组成，复位引脚采用上电复位电路； 在单片机U5的电源输入端AVCC、AREF间设置了由电感Li、电容C11-C13组成L和倒L滤 波电路。本实用新型还设置了与电源VCC相接的抗干扰电路由电容Cl5-C20和电阻R40组 成，这些措施的采用综合提高了单片机工作稳定性使更其工作更稳定、可靠，同时也处理了 数模共地的问题。本实用新型还设置了由单片机电路控制的指示灯电路，指示灯电路由电 阻R35、发光二极管LEDl组成电源指示灯，电阻R36、发光二极管LED2组成使能指示灯，电 阻R37、发光二极管LED3组成轻载指示灯，由电阻R38、发光二极管LED4组成了过流、过热 指示灯，分别对负载开路、故障报警、过流报警和过热跳闸进行监视，很直观反映了产品的 工作状态，便于维护、维修。本实用新型中信号采集电路由图3. 1所示的分压信号采集电路 和图3. 2所示的精密信号处理电路组成。参见图3. 1，信号采集电路由分压信号采集电路采 集电流互感器的反馈信号，分压电路由反接的稳压管Dl、D2和电阻R1-R4构成，稳压管Dl 的负极接电流互感器的输出Al，稳压管D2的负极接地，由电阻R1、R2，R3、R4构成的两组分压电路及第五电阻R5与反接的稳压管D1、D2并联，高低采集信号由两个分压电路的节点输 出。参见图3. 2，精密信号处理电路的第一级由运算放大器U1、二极管D3、电阻R6、R7与运 算放大器U4、二极管D4、电阻R12、R13构成，运算放大器U1、U4的反相输入端分别通过电阻 R6、R12接两组分压电路的输出，二极管D3、D4的正极分别接运算放大器Ul、U4的输出端， 反馈电阻R7、R13分别接在二极管D3、D4的负极与运算放大器Ul、U4反相输入端间，此电 路可以采集很小的过零信号。该信号处理电路的第二级由运算放大器U2、滤波电容C1-C3 电阻R8-R11及运算放大器U3、滤波电容C4-C6、电阻R14-R17构成的两个结构相同的电压 跟随器，电阻R8、R14分别接二极管D3、D4的负极，并分别通过电阻R9、R15接运算放大器 U2、U3的反相输入端，电容Cl、C4分别接在运算放大器U2、U3的反相输入端与电阻R8、R9 与电阻R14、R15的连接节点间，两个运算放大器U2、U3的反相输入端接其输出端，运算放大 器U2、U3的输出端分别通过电阻R10、R16接单片机TO的两个A/D转换输入口 ADC3、ADC1， 电阻R11、电容C3，电阻R17、电容C6分别并联接在电阻R10、R16与地之间。最终采集的信 号经两个电压跟随器的输出分别送入单片机TO的两个A/D转换输入口。精密信号处理电 路中的运算放大器运放LM6484四运放组成高低两路采集处理电路。图4. 1为使能信号检 测判断电路的电原理图。该电路由二极管D5、D6，光耦Q1、Q2，三极管Q3-Q6，电容C7、C8和 电阻R18-R28组成，正、负使能信号EN+、EN-分别通过二极管D5、D6接光耦Ql发光管的正 极，光耦Ql收光管的集电极通过上拉电阻R19接VCC，通过输出电阻R20接单片机U5的信 号输入口 PD2 ；三极管Q3、Q4与电阻R18、R21、R22构成开关电路，三极管Q3的射极、基极分 别接三极管Q4的基极、集电极，电阻R21、R22分别接在三极管Q4的发射极、集电极间与基 极、射极间，电阻R21通过电阻R18接光耦Ql发光管的正极、光耦Ql发光管的负极接三极 管Q3的集电极；由三极管Q5、电阻R25-R27构成驱动电路，三极管Q5通过其基极电阻R25 接接单片机U5的信号输出口 PD3，驱动电路的输出电阻R27接光耦Q2发光管的负极，光耦 Q2发光管的正极接24V电源，光耦Q2收光管的射极、集电极分别接三极管Q6的基极、集电 极，光耦Q2收光管、三极管Q6的集电极通过第电阻R21、R18接光耦Ql发光管的正极。当 使能信号使能时，电容C7滤波并通过二极管D5、保护二极管D6进入光耦Q1，光耦Ql的通 断受单片机信号输出口 PD3输出信号的控制，工作时单片机信号输出口 PD3输出高电平通 过电阻R25、R26打开三极管Q5使24V通过光耦Q2、三极管Q5导通，同时使能输入信号经 过由三极管Q3和Q4、电阻R22、R21、R18组成的开关电路到NPN三极管Q6，此管的开关状态 受光耦Q2控制，光耦Q2 —旦导通、三极管Q6随之导通，则光耦Ql导通，光耦Ql输出的加 热信号通过上拉电阻R19、限流电阻R20输入到单片机PD2脚，整个使能信号检测判断电路 功能完成。该图中设置了通过电阻R23、R24和电容C8提供的采样采集比较基准1送入单 片机A/D转换输入口 ADC2，图4. 2中由电阻R41、电容C21采集比较基准2送入单片机A/D 转换输入口 ADC0，图中VR为上位机发来的上限基准信号。使能信号检测判断电路中光耦 Q1、Q2采用P521，三极管Q3-Q6采用NPN型。图5为晶闸管输出控制电路原理图。晶闸管 输出控制电路由三极管Q10、光耦Q7、晶闸管Q8、Q9、二极管D7-D10及电阻R29-R35组成， 三极管QlO通过其基极电阻R29接单片机TO中PB 口的一位ΡΒ0，电阻R35接三极管QlO的 基极、射极间，三极管QlO的集电极接光耦Q7的输入脚2，光耦Q7的输入脚1通过电阻R30 接电源VCC，光耦Q7的输出脚6通过电阻R31、R33、二极管D7、D8接晶闸管Q8的控制极， 光耦Q7的输出脚4通过电阻R32、R34、二极管D9、DlO接晶闸管Q9的控制极，电阻R31接
7二极管D7的负极，二极管D8的正极，电阻R33接二极管D7的正极，二极管D8的负极及晶 闸管Q8的控制极，电阻R32接二极管D9的负极，二极管DlO的正极，电阻R34接二极管D9 的正极，二极管DlO的负极及晶闸管Q9的控制极，晶闸管Q8的阴极、晶闸管Q9的阳极通 过保险丝Fl接负载连接器C0N1，晶闸管Q8的阳极、晶闸管Q9的阴极接负载连接器C0N2。 此电路工作时由单片机输出口 PBO输出PWM波控制信号通过电阻R29、R35控制三极管QlO 的导通、截止并依次导通、关断光耦Q7，当PBO输入低电平时三极管Q10、光耦Q7都截止、反 之输入高电平时使三极管Q10、光耦Q7相继开通。当光耦导通时通过电阻R31-R34、二极管 D7-D10打开晶闸管Q8、Q9两控制极，此时当220V交流电加进来时两晶闸管轮流导通。而控 制加热负载温度就是通过单片机输出口 PBO输出PWM波的占空比控制晶闸管Q8、Q9导通时 间达到控制加温的目的。当信号采集转换电路采集的温度信号超过负载设定温度上限时， 单片机就会通过程序调节PWM的占空比，缩短晶闸管导通时间，进而使负载温度降低。如果 信号采集转换电路采集的温度信号偏低于设定温度下限时，就会延长晶闸管的导通时间， 温度上升，这样达到了对被控对象进行实时监控的目的，同时温度控制的精度较高，能够达 到ο.ore调节精度。由于采用过零检测控制晶闸管工作，该温度智能驱动器的负载兼容性 强，对不同属性负载都能准确控制。 本实用新型所提供的温度智能驱动器在输入、输出电路中使用光电耦合器件，使 输入、输出具有较高的电气隔离和抗干扰能力。在信号采集电路中的两端，以及其他地方采 用压敏电阻器，吸收尖分脉冲对电路冲击。为了保证单片机正常可靠工作，单片机电路采用 了外部晶振电路，同时在电源输入端加入了 L和倒L滤波电路，复位引脚采用上电复位电 路，综合提高单片机工作稳定性使更其工作更稳定、可靠。
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权利要求一种温度智能驱动器，包括信号采集电路、单片机电路，其特点是温度智能驱动器中还有使能信号检测判断电路、晶闸管输出控制电路，使能信号检测判断电路的输出接单片机电路，单片机电路还与信号采集电路及晶闸管输出控制电路相接。
2.根据权利要求1所述的温度智能驱动器，其特征是所述的单片机电路中在单片机TO 的电源输入端AVCC、AREF间设置了由电感Ll和电容C11-C13组成的L和倒L滤波电路。
3.根据权利要求1或2所述的温度智能驱动器，其特征是所述的信号采集电路由分压 信号采集电路和精密信号处理电路组成，所述分压信号采集电路由反接的两个稳压管D1、 D2和电阻R1-R5构成，稳压管Dl的负极接电流互感器的输出Al，稳压管D2的负极接地，由 电阻Rl、R2，电阻R3、R4构成的两组分压电路及电阻R5与反接的两个稳压管Dl、D2并联， 采集信号由两个分压电路的节点输出；所述精密信号处理电路由运算放大器U1-U4及外围 元器件组成结构相同的高低两路采集信号处理电路，该信号处理电路的第一级由运算放大 器U1，二极管D3，电阻R6、R7与运算放大器U4，二极管D4，电阻R12、R13构成，运算放大器 U1、U4的反相输入端分别通过电阻R6、R12接两组分压电路的输出，二极管D3、D4的正极分 别接运算放大器U1、U4的输出端，反馈电阻R7、R13分别接在二极管D3、D4的负极与运算放 大器U1、U4的反相输入端间；该信号处理电路的第二级由运算放大器U2，滤波电容C1-C3， 电阻R8-R11及运算放大器U3，滤波电容C4-C6，电阻R14-R17构成两个结构相同的电压跟 随器，电阻R8、R14分别接二极管D3、D4的负极，并分别通过电阻R9、R15接运算放大器U2、 U3的同相输入端，电容C1、C4分别接在运算放大器U2、U3的反相输入端和电阻R8、R9与电 阻R14、R15的连接节点间，电容C2、C5分别接在运算放大器U2、U3的同相输入端与地之间， 两个运算放大器U2、U3的反相输入端分别接各自输出端，运算放大器U2、U3的输出端分别 通过电阻RIO、R16接单片机U5的两个A/D转换输入口，电阻R11、电容C3，电阻R17、电容 C6分别并联接在电阻RIO、R16与地之间。
4.根据权利要求1或2所述的温度智能驱动器，其特征是所述使能信号检测判断电路 由二极管D5、D6，光耦Ql、Q2，三极管Q3-Q6，电容C7、C8和电阻R18-R28组成，正、负使能 信号EN+、EN-分别通过二极管D5、D6接光耦Ql发光管的正极，光耦Ql收光管的集电极通 过上拉电阻R19接VCC，通过输出电阻R20接单片机TO的信号输入口 PD2 ；三极管Q3、Q4， 电阻R18、R21、R22构成开关电路，三极管Q3的射极、基极分别接三极管Q4的基极、集电极， 电阻R21、R22分别接在三极管Q4的发射极、集电极间与基极、射极间，电阻R21通过电阻 R18接光耦Ql发光管的正极，光耦Ql发光管的负极接三极管Q3的集电极；由三极管Q5、电 阻R25-R27构成驱动电路，三极管Q5通过其基极电阻R25接单片机TO的信号输出口 PD3， 驱动电路的输出电阻R27接光耦Q2发光管的负极，光耦Q2发光管的正极接24V电源，光耦 Q2收光管的射极、集电极分别接三极管Q6的基极、集电极，光耦Q2收光管、三极管Q6的集 电极接开关电路中的电阻R21。
5.根据权利要求1或2所述的温度智能驱动器，其特征是所述晶闸管输出控制电路由 三极管Q10，光耦Q7，晶闸管Q8、Q9，二极管D7-D10及电阻R29R35组成，三极管QlO通过其 基极电阻R29接单片机U5的PB 口的一位ΡΒ0，电阻R35接在三极管QlO的基极、射极间，三 极管QlO的集电极接光耦Q7的输入脚2，光耦Q7的输入脚1通过电阻R30接电源VCC，光 耦Q7的输出脚6通过电阻R31、R33，二极管D7、D8接晶闸管Q8的控制极，光耦Q7的输出 脚4通过电阻R32、R34，二极管D9、DlO接晶闸管Q9的控制极，电阻R31接二极管D7的负极、二极管D8的正极，电阻R33接二极管D7的正极、二极管D8的负极及晶闸管Q8的控制 极，电阻R32接二极管D9的负极、二极管DlO的正极，电阻R34接二极管D9的正极、二极管 DlO的负极及晶闸管Q9的控制极，晶闸管Q8的阴极、晶闸管Q9的阳极通过保险丝Fl接负 载连接器C0N1，晶闸管Q8的阳极、晶闸管Q9的阴极接负载连接器C0N2。
专利摘要本实用新型属于自动控制技术领域，涉及一种温度智能驱动器。该驱动器由信号采集电路、单片机电路，使能信号检测判断电路、晶闸管输出控制电路组成。使能检测判断电路在单片机电路的控制下接收使能信号，判断并输出信号到单片机电路，单片机发出指令开通信号采集电路通道，由信号采集电路将温度模拟量换成匹配单片机的0-5V模拟电压信号送入单片机内部的A/D转换器处理成数字信号，单片机电路将采集的温度信号值与系统控制温度的上、下限基准电压参数值进行比较，并根据比较结果向晶闸管输出控制电路输出PWM波控制晶闸管的导通、截止时间，从而控制负载温度。本实用新型具有信号采集速度快、控制精度高、负载兼容性强的优点。
文档编号G05D23/19GK201654575SQ200920299428
公开日2010年11月24日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者王万年, 齐少迅 申请人:安徽科达自动化集团股份有限公司