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1、(10)申请公布号 CN 103984375 A (43)申请公布日 2014.08.13 CN 103984375 A (21)申请号 201410159430.8 (22)申请日 2014.04.21 G05D 23/30(2006.01) (71)申请人 南京航空航天大学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29 号 (72)发明人 张潼 江驹 于兵 单勇 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 许方 (54) 发明名称 基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统 及其控制方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于 DSP（数字信号处理 器）。
2、 和温度传感器控制的温度控制系统及其控制 方法， 属于温度控制技术领域。 该系统采用等温加 热控制时， 包括 DSP、 电源、 温度传感器、 控制参数 输入器和参数输出记录控制器 ； 该系统采用热流 量加热控制时， 在原有系统的基础上增加了脉宽 转换器。该温度控制系统不仅兼有温度和热流密 度输入设定， 而且对被控制对象的温度和加热热 流实时监控、 加热功率记录功能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103984375 A CN 1。
3、03984375 A 1/1 页 2 1. 一种基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统， 其特征在于包括 DSP、 电源、 温度 传感器、 控制参数输入器和参数输出记录控制器， 其中控制参数输入器、 DSP 和参数输出记 录控制器顺序连接， DSP 和电源连接， 温度传感器布置在被控对象上， 电源与被控对象连接， 被控对象上的温度传感器通过数据线与 DSP 的 AD 端口相连接。 2. 根据权利要求 1 所述的基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统的控制方法， 其 特征在于， 包括以下步骤 ： （1） 采用等温加热控制时， 首先由控制参数输入器输入被控对象的控制温度、 温度控制 精。
4、度值， 并接通电源 ； 采集被控对象上的温度传感器信号， 将信号通过DSP的AD模块转换与 由控制参数输入器输入的温度值比对， 产生反馈信号给交流电源 ； （2） 如果采集的温度值高于被控对象的控制温度与温度的控制精度之和， 则让 DSP 发 出断开电源的指令 ； 如果采集的温度值低于被控对象的控制温度与温度的控制精度之差， 则让 DSP 发出接通电源的指令。 3. 一种基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统， 其特征在于包括 DSP、 电源、 控制 参数输入器、 参数输出记录控制器、 温度传感器和脉宽转换器， 温度传感器布置在被控对象 上， 控制参数输入器、 DSP和参数输出记录控制器。
5、顺序连接， DSP的PWM端口与脉宽转换器连 接， 被控对象上的温度传感器通过数据线与 DSP 的 AD 端口相连接， 脉宽转换器与电源相连 接以控制电源， 电源与被控对象连接。 4. 根据权利要求 3 所述的基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统的控制方法， 其 特征在于， 包括以下步骤 ： （1） 采用热流量加热控制时， 首先由控制参数输入器输入被控对象的控制温度、 PID 控 制规律和温度控制精度值 ； DSP 在接收到控制输入参数后由 DSP 的 PWM 端口发出信号给脉 宽转换器， 在 10% 的占空比下接通电源 ； （2） 采集被控对象上的温度传感器信号， 将信号通过 DSP。
6、 的 AD 模块转换与由控制参数 输入器输入的温度值比对， 产生反馈信号给 DSP ； （3） 如果采集的温度值高于被控对象的控制温度与温度的控制精度之和， 则让 DSP 发 出减小占空比的指令， 由DSP的PWM端口传输给脉宽转换器以调节电源的占空比 ； 如果采集 的温度值低于被控对象的控制温度与温度的控制精度之差， 则让 DSP 发出增加占空比的指 令， 由 DSP 的 PWM 端口传输给脉宽转换器以调节电源的占空比 ； （4） 当被控对象温度控制在控制参数输入器输入的控制精度范围内， DSP 发出指令由 PWM 端口传输给脉宽转换器以锁定电源的占空比， 并通过参数输出记录控制器记录此时的。
7、 占空比信息， 达到被控对象等热流量加热 ； （5） 一旦电源的占空比锁定， 被控对象即进入等热流量加热的状态， 直至人为切断电源 停止加热。 权 利 要 求 书 CN 103984375 A 2 1/3 页 3 基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统及其控制方法 0001 技术领域 本发明涉及一种基于 DSP（数字信号处理器） 和温度传感器控制的温度控制系统及其 控制方法， 属于温度控制技术领域。 0002 背景技术 加温系统及其温度控制系统广泛应用于各种不同的设备中。例如 ： 单晶炉、 退火炉、 电 烤箱、 热处理炉等设备中都需要用到加热和温度控制系统。产品的生产和加工工艺要求加 温。
8、系统的温度控制在一定范围内。精准的温度控制范围保证了产品的合格率。被控制的加 温设备在温度升高的过程中不仅要受控， 而且还要在到达设定温度值后自动反馈信息给加 温设备， 以及时调节加热量， 使得加温设备在一定时间段内保持温度不变， 或者在一定的温 度控制精度范围内自动调节。 此外， 除了设备或产品等温控制的需求， 还存在等加热量控制 的需求， 也就是在在一定时间范围内， 设备提供的加热量是恒定的， 其技术难度相对于等温 加热要复杂。将等温度和等热流量加热及其控制结合、 可根据用户的需求自行选择的一种 新的加温和控制系统将会有一定的应用市场。 0003 发明内容 本发明提供了一种基于 DSP 和。
9、温度传感器控制的温度控制系统及其控制方法。 0004 本发明为解决其技术问题采用如下技术方案 ： 一种基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统， 包括 DSP、 电源、 温度传感器、 控制参 数输入器和参数输出记录控制器， 其中控制参数输入器、 DSP 和参数输出记录控制器顺序连 接， DSP 和电源连接， 温度传感器布置在被控对象上， 电源与被控对象连接， 被控对象上的温 度传感器通过数据线与 DSP 的 AD 端口相连接。 0005 一种基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统， 包括 DSP、 电源、 控制参数输入 器、 参数输出记录控制器、 温度传感器和脉宽转换器， 温度传感器。
10、布置在被控对象上， 控制 参数输入器、 DSP和参数输出记录控制器顺序连接， DSP的PWM端口与脉宽转换器连接， 被控 对象上的温度传感器通过数据线与DSP的AD端口相连接， 脉宽转换器与电源相连接以控制 电源， 电源与被控对象连接。 0006 基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统的控制方法， 其特征在于， 包括以下 步骤 ： （1） 采用等温加热控制时， 首先由控制参数输入器输入被控对象的控制温度、 温度控制 精度值， 并接通电源 ； 采集被控对象上的温度传感器信号， 将信号通过DSP的AD模块转换与 由控制参数输入器输入的温度值比对， 产生反馈信号给交流电源 ； （2） 如果采集。
11、的温度值高于被控对象的控制温度与温度的控制精度之和， 则让 DSP 发 出断开电源的指令 ； 如果采集的温度值低于被控对象的控制温度与温度的控制精度之差， 则让 DSP 发出接通电源的指令。 0007 基于 DSP 和温度传感器控制的温度控制系统的控制方法， 其特征在于， 包括以下 步骤 ： （1） 采用热流量加热控制时， 首先由控制参数输入器输入被控对象的控制温度、 PID 控 说 明 书 CN 103984375 A 3 2/3 页 4 制规律和温度控制精度值 ； DSP 在接收到控制输入参数后由 DSP 的 PWM 端口发出信号给脉 宽转换器， 在 10% 的占空比下接通电源 ； （2）。
12、 采集被控对象上的温度传感器信号， 将信号通过 DSP 的 AD 模块转换与由控制参数 输入器输入的温度值比对， 产生反馈信号给 DSP ；（3） 如果采集的温度值高于被控对象的控 制温度与温度的控制精度之和， 则让 DSP 发出减小占空比的指令， 由 DSP 的 PWM 端口传输给 脉宽转换器以调节电源的占空比 ； 如果采集的温度值低于被控对象的控制温度与温度的控 制精度之差， 则让 DSP 发出增加占空比的指令， 由 DSP 的 PWM 端口传输给脉宽转换器以调节 电源的占空比 ； （4） 当被控对象温度控制在控制参数输入器输入的控制精度范围内， DSP 发出指令由 PWM 端口传输给脉宽。
13、转换器以锁定电源的占空比， 并通过参数输出记录控制器记录此时的 占空比信息， 达到被控对象等热流量加热 ； （5） 一旦电源的占空比锁定， 被控对象即进入等热流量加热的状态， 直至人为切断电源 停止加热。 0008 本发明的有益效果如下 ： 该系统没有任何调整电压或电流的装置， 简化了控制系统， 降低了系统构建的成本 ； 反 馈给处理器的温度信号是由多点采集而得， 避免了局部温度传感器误差过大而产生的温度 误判 ； 该系统响应快， 采样频率高， 不仅能够实现加热温度的恒定控制， 而且能够在温度达 到设定值后的等热流量加热控制 ； 利用 DSP 处理器的脉冲宽度调制 （PWM） 模块和比例积分 。
14、微分 （PID） 控制规律对电源输入的占空比进行调节并能够锁定， 实现等热流量加温控制 ； 该系统不仅兼有温度和热流密度输入设定， 而且对被控制对象的温度和加热热流实时监 控、 加热功率记录功能。 0009 附图说明 图 1 是基于 DSP 和温度传感器控制的等温控制系统简图。 0010 图 2 是基于 DSP 和温度传感器控制的等热流量控制系统简图。 0011 图 3 是本发明的等温控制的一种实施方式的流程图。 0012 图 4 是本发明的等热流量控制的一种实施方式的流程图。 0013 具体实施方式 下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。 0014 以 DSP TMS320 LF2407。
15、 为微处理器为控制核心， 运用多点温度传感器采集并取平 均形成反馈信号， 通过反馈信号与用户预设控制值进行对比， 在一定的控制精度范围内对 加热温度或加热热流这两种加热方式进行自动控制， 并兼有温度和热流密度输入设定、 温 度和热流实时监控、 加热功率记录等功能。 0015 等温控制系统 ： 采用 220V 交流电源输入， DSP 处理器的 AD（数模） 模块端口处理 温度传感器采集的温度信号， 将温度信号与控制参数输入器的输入值比对， 产生反馈信号 给 DSP 控制交流电源的开关， 经过开关的接通和断开控制系统温度。 0016 等热流量控制系统 ： 在等温控制系统的基础上， 增加控制系统输入。
16、电压、 电流的监 控， 通过DSP处理器的PWM模块实现在控制温度达到设定温度后的电源输入占空比锁定， 实 现等热流量加温控制。 0017 对被控对象实施等温控制的具体方式如图 1 所示。通过控制参数输入器将被控 说 明 书 CN 103984375 A 4 3/3 页 5 制对象的控制温度和控制温度的控制精度要求输入到控制系统中 ； K 型热电偶温度传感器 将被控对象上的温度传感器处的温度信号传递到 DSP 的 AD 端口 ； DSP 将 AD 端口采集的数 据与控制参数输入器输入到 DSP 的控制参数进行对比、 判断后给电源发出供电和断电的指 令 ； 在这所有控制过程中， 电源供电的时间、。
17、 被控对象的温度等参数能够实时被参数输出记 录控制器所记录。该实施方式的具体控制流程如图 3 所示， 图中的 T0 表示被控对象的控制 温度， T是温度的控制精度， 这两个控制量都由控制参数输入器输入 ； T表示由K型热电偶 温度传感器测量的被控对象的温度。 0018 对被控对象实施等热流量控制的具体方式如图 2 所示。通过控制参数输入器将被 控制对象的控制温度和控制温度的控制精度要求输入到控制系统中 ； K 型热电偶温度传感 器将被控对象上的温度传感器处的温度信号传递到 DSP 的 AD 端口 ； DSP 将 AD 端口采集的 数据与控制参数输入器输入到 DSP 的控制参数进行对比、 判断后。
18、通过 DSP 的 PWM 端口结合 脉宽转换器给电源以合适的占空比直至被控对象的控制温度和精度达到预设值 ； 锁定占空 比以等热流量的加热方式运行整个系统直至人为结束控制 ； 在这所有控制过程中， 电源供 电的时间、 被控对象的温度、 占空比、 等热流量加热的加热量等参数能够实时被参数输出记 录控制器所记录。该实施方式的具体控制流程如图 4 所示， 图中的 T0 表示被控对象的控制 温度， T是温度的控制精度， 这两个控制量都由控制参数输入器输入 ； T表示由K型热电偶 温度传感器测量的被控对象的温度。 说 明 书 CN 103984375 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103984375 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103984375 A 7 。