高精度多通道温控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光机温度控制领域，尤其涉及一种具有多个温度通道，且对激光机 大范围进行高精度控制的温控系统。
【背景技术】
[0002] 半导体激光器以其效率高、体积小、重量轻、价格低廉等特点在军事、医疗、通讯等 领域发挥着无可替代的作用。由于此类激光器工作时需要保持高稳定的恒温状态来确保它 的输出功率和波长，使激光器更加稳定。所以设计高集成度、体积小、高稳定度的温度控制 系统成为亟待解决的问题。
[0003] 现在市场的激光器的温控系统多为单通道的系统，如授权公告CN103076827A的 专利文件公开了一种小范围内高精度温度控制装置，包括用于采集控温对象的温度采集模 块、用于控制控温对象温度的温度制模块，所述温度采集模块为NTC热敏电阻，所述温度控 制模块包括PID控制器、TEC驱动芯片和TEC制冷片；所述NTC热敏电阻采集控温对象进行 温度采集后，将采集的温度信息输出给PID控制器，PID控制器对输入的温度信息和设定的 温度信息进行数据处理后，输出控制信号给TEC驱动芯片，TEC驱动芯片输出温度控制信号 给TEC制冷片，TEC制冷片对控温对象进行加热或者制冷。
[0004] 该通过PID电路的调节，最终使小范围内的温度与设定的温度相同，并一直保持 稳定，并且温度控制的速度快和精确；但是该系统只有一个热敏电阻，而激光器的不同部 位温度变化不同，且不同的部位温度控制需求也不同，有的部位需要加热，有的部位需要降 温，该系统在同一时刻，只能进行加热或者降温，无法同时既加热又制冷，且只能进行小范 围的温度控制。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种多通道，高精度的激光器温度控制系统，该 温度控制系统在同一时刻既可制冷也可制热。
[0006] 为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种高精度多通道温控系统，包括 温度采集模块、PID模块、制冷/制热模块、MCU控制模块和PWM输出控制模块，所述温度采 集模块包含至少两组NTC热敏电阻，所述制冷模块包含至少两组TEC制冷/热器，所述TEC 制冷器与NTC热敏电阻对应，所述NTC热敏电阻安装在激光器的不同部位，所述温度采集模 块与MCU控制模块连接，所述PID模块分别与MCU控制模块和PWM输出控制模块连接，所述 PWM输出控制模块与TEC制冷/热器连接。
[0007] 多个NTC热敏电阻可以安装在激光器的不同部位，感应不同部位的温度变化，MCU 模块、PID模块、PWM输出控制电路可以对每个NTC热敏电阻的温度变化进行独立处理后输 送对应的TEC制冷/制热器，各个制冷器根据对应热敏电阻的温度变化独立制冷或者制热， 可以实现同一时刻对激光器不同部位既制冷又制热，也可实现对激光器同一部位不同时候 进行加热或制冷，以实现对激光器的每个部位实现精准的制冷或者制热。
[0008] 作为优选，还包括通信模块，所述通信模块包含一个485转换芯片，所述通信模块 将UART信号转换为485通讯电平信号，所述通信模块与MCU控制模块连接。通过通讯模块 连接观测设备，可是实现对系统运行状态的观测。
[0009] 作为优选，所述MCU控制模块为ARM处理器，所述PID模块设置在ARM处理器上。 通过ARM处理器的ADC引脚，可以连接多个NTC热敏电阻，处理速度快，TEC制冷/制热器 响应快，精度高，ARM处理器可以处理高精度的NTC热敏电阻的微小温度变化。
[0010] 作为优选，所述PID模块计算出NTC热敏电阻的输出电压，转换为PWM信号的占空 比，然后将该占空比的PWM信号给PWM驱动芯片，PWM驱动芯片驱动对应的M0S管，输出该 占空比的PWM信号给M0S管，M0S管按PWM驱动芯片输出的频率及占空比通断，调整与M0S 对应的TEC制冷器输出。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的结构框图；
[0012] 图2为本发明的中温度采集模块中NTC热敏电阻通道与ARM处理器的连接电路 图；
[0013] 图3为本发明中通讯模块的电路图；
[0014] 图4为本发明中PWM输出控制模块中与图2热敏电阻相对应通道的电路图。
【具体实施方式】
[0015] 本发明中的温控系统采用四通道控制系统，既采用四个热敏电阻，MCU控制模块采 用ARM处理器，PID模块设置在ARM芯片上，上述技术特征并不对本发明的保护范围起限定 作用，以下结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0016] 如图1所示，四路NTC热敏电阻将温度信号转化为模拟电信号，模拟电信号经过 MCU控制模块上的AD转化模块转化为数字信号，数字信号经过PID模块后转化为对应通道 的PWM信号的占空比，然后将该占空比的PWM信号输送给对应通道的PWM输出控制模块， PWM输出控制模块输出电压信号给对应通道的TEC制冷/制热器，通过通讯模块可以连接外 围观测设备，如显示屏，实现对整个系统运行状态的观测，且系统配置模块可以通过通讯模 块将信号输送给MCU控制模块，对系统进行配置，设置系统运行系数，系统配置模块也可以 直接与MCU控制模块连接。
[0017] 热敏电阻NTC0通道的温度采集电路如图2所示，NTC0的两端分别与节点J41和 节点J42连接，节点J41和分压电阻R104与3. 3V电压连接，节点J41通过电路R107与ARM 处理器的ADC引脚PTB7连接，节点J42接地，两个节点之间还连接一个电容C111，其中R104 的阻值为10ΚΩ，R107的阻值为1ΚΩ。其余的热敏电阻分别对应ARM处理器相应的引脚， NTC2与ARM处理器的连接电路与NTC0通道基本相同，NTCUNTC3通道与ARM的连接电路与 NTC0通道的不同在于分压电阻的阻值为4. 87ΚΩ，以适应不同温度采集范围NTC。
[0018] 通过ARM处理器的ADC引脚，可以连接多个NTC热敏电阻，通过ARM处理器可以 对NTC热敏电阻的温度变化进行一一独立处理，且处理速度快，TEC制冷/热器响应快，精 度高，ARM处理器可以处理高精度的NTC热敏电阻的微小温度变化。
[0019] 通讯模块的电路如图3所示，ARM处理器的串口通信引脚PTB17和PTB16分别通过 200Ω的电阻与MAX3485芯片的R0和DI引脚连接，引脚PTB7通过200Ω的电阻与MAX3485 芯片的和引脚而和DE端连接，引脚云互和DE通过10ΚΩ的电阻R321接地，MAX3485芯片 的引脚VCC连接3. 3V的电压，引脚DI通过10K的电阻与3. 3电压连接，引脚VCC与电线之 间还设有一个0. luP的电容，MAX3485芯片的引脚A、B分别通过瞬态电压保护二极管SD05C 与地线连接，通过引脚A、B可以连接对外围设备。
[0020] PWM输出控制模块控制四路TEC的输出电压，每一路的功能实现如下：运算器通过 PID模块计算出当前通道NTC热敏电阻的输出电压，转换为指定频率PWM信号的占空比，通 过对应的PWM输出通道输出相应占空比的PWM信号给PWM驱动芯片，PWM驱动芯片驱动对 应的M0S管，输出对应的占空比PWM信号给M0S管，M0S按PWM驱动芯片输出的频率及占空 比通断，实现快速调整相应通道的TEC制冷/热器的输出，达到快速温控的目的。
[0021] 图4为与热敏电阻NTC0通道对应的PWM输出控制电路图，ARM处理器的PE7脚通 过1ΚΩ的电阻连接型号为IR-21844的PWM驱动芯片的SD_脚，SD_脚通过一电阻接地，引 脚PE7引脚用于控制PWM驱动芯片的使能功能，低电平使能输出，高电平PWM驱动芯片不输 出；ARM的PCT0引脚通过电阻R436连接PWM驱动芯片的IN脚，用于给PWM驱动芯片的PWM 信号输入功能；PWM驱动芯片的H0和VS脚连接上M0S管T21的G和S极，PWM驱动芯片的 L0脚连接下M0S管T22的G极，当H0输出高时T21导通，L0将同时输出低，保证T22不导 通，此时向TEC输出指定电压，当H0输出低，L0输出高时，T21不导通，T22导通，通过T22 快速将L21中储存的能量释放；L21和C194为LC电路，将M0S管输出的方波信号转换为直 流电压，输出给TEC。F7为保险管，用于过流保护。热敏电阻NTC1、2、3通道对应的PWM输 出控制电路与NTC0通道基本相同，分别对应ARM芯片的对应引脚。
[0022] 综上，多个NTC热敏电阻可以设置在激光器的不同部位，感应不同部位的温度变 化，ARM处理器、PID模块、PWM输出控制电路可以对每个NTC热敏电阻的温度变化进行独立 处理后输送对应的TEC制冷/热器，各个制冷器根据对应热敏电阻的温度变化独立制冷或 者制热，可以实现同一时刻既制冷又制热，对激光器的每个部位实现精准的制冷或者制热， 且采用ARM处理器不仅响应速度快，且可以处理高精度的热敏电阻的微小温度变化。通过 通讯模块连接观测设备，可是实现对系统运行状态的观测，系统配置模块可以设置整个系 统的运行参数，配置不同的工作状态，通过J41、J42等节点，可以连接不同的负载，增加该 系统的适用性。
【主权项】
1. 一种高精度多通道温控系统，包括温度采集模块、PID模块、加热/制冷模块，其特征 在于：还包括MCU控制模块、PWM输出控制模块，所述温度采集模块包含至少两组NTC热敏 电阻，所述加热/制冷模块包含至少两组TEC制冷/热器，所述TEC制冷器与NTC热敏电阻 一一对应，所述NTC热敏电阻安装在激光器的不同部位，所述温度采集模块与MCU控制模块 连接，所述PID模块分别与MCU控制模块和PWM输出控制模块连接，所述PWM输出控制模块 与TEC制冷/热器连接。2. 根据权利要求1所述的高精度多通道温控系统，其特征在于：还包括通信模块，所述 通信模块包含一个485转换芯片，所述通信模块将UART信号转换为485通讯电平信号，所 述通信模块与MCU控制模块连接。3. 根据权利要求2所述的高精度多通道温控系统，其特征在于：还包括一个系统配置 模块，所述系统配置与通信模块连接。4. 根据权利要求1所述的高精度多通道温控系统，其特征在于：所述MCU控制模块为 ARM处理器，所述PID模块为运行在ARM处理器上的计算机子程序。5. 根据权利要求4所述的高精度多通道温控系统，其特征在于：所述PID模块计算出 NTC热敏电阻的输出电压，转换为PWM信号的占空比，然后将该占空比的PWM信号给PWM驱 动芯片，PWM驱动芯片驱动对应的MOS管，输出该占空比的PWM信号给MOS管，MOS管按PWM 驱动芯片输出的频率及占空比通断，调整与MOS对应的TEC制冷/热器输出。
【专利摘要】本发明公开了一种高精度多通道温控系统，包括温度采集模块、PID模块、制冷模块、MUC控制模块和PWM输出控制模块，所述温度采集模块包含至少两组NTC热敏电阻，所述制冷模块包含至少两组TEC制冷器，所述TEC制冷/热器与NTC热敏电阻一一对应，所述NTC热敏电阻安装在激光器的不同部位，多个NTC热敏电阻可以安装在激光器的不同部位，感应不同部位的温度变化，MCU模块、PID模块、PWM输出控制电路可以对每个NTC热敏电阻的温度变化进行独立处理后输送对应的TEC制冷/热器，各个制冷器根据对应热敏电阻的温度变化独立制冷或者制热，可以实现同一时刻对激光器不同部位既制冷又制热，也可以同一部位在不同时刻进行制冷或加热，对激光器的每个部位实现精准的温度控制。
【IPC分类】G05D23/32
【公开号】CN105353804
【申请号】CN201510751507
【发明人】周世平, 沈宏华, 张坚发, 柯顺琦
【申请人】锐莱特精密光电技术无锡有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月6日