一种基于ARM的温度采集控制系统和控制方法

摘要

本发明公开了一种基于ARM的温度采集控制系统和控制方法。一种基于ARM的温度采集控制系统包括ARM处理器、220V交流过零检测电路、热电偶温度采集放大滤波电路、室温采集放大电路以及温度控制输出电路。此处所用的ARM处理器为ST公司的STM32F103ZET6。本发明采用仪表放大器组成热电偶的温度采集放大滤波电路，对设备中的共模干扰有很好的抑制效果；交流过零检测的应用大大延长了系统的寿命和稳定性；相比独立的温控表的手动调节温度，本系统在实时调整控制温度方面有着不可替代的优势。

说明书

技术领域

本发明涉及的是温控领域，特指是一种基于ARM的温度采集控制系统和控制方法。

背景技术

在薄膜包装流水线中，需要经过薄膜的热切割，热接合，热收缩等工序，这些工序需要在一个恒定温度下进行，温度的控制直接影响到包膜的效果。目前的解决方案大都是外接独立的温控表，每个需要控制温度的地方都要外接一个温控表，增加了设备的生产成本，也降低了设备的工作稳定性。此外，由于是外接的温控表，与主控制处理器无法通信，改变控制温度都得手动进行，无法满足实时调节控制温度的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提出了一种基于ARM的温度采集控制系统。本系统的控制算法在ARM处理器上实现，它的适用范围不仅仅在薄膜包装流水线，在任何基于ARM处理器的需要温度控制的系统都可以移植。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于ARM的温度采集控制系统包括ARM处理器、220V交流过零检测电路、热电偶温度采集放大滤波电路、室温采集放大电路以及温度控制输出电路。此处所用的ARM处理器为ST公司的STM32F103ZET6。

所述的220V交流过零检测电路包括6个电阻，2个二极管，第一运算放大器LM358和1片光耦NEC2501L-1。

第一电阻R1的一端接220V交流电的火线，另一端与第三电阻R3的一端、第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极、第一运算放大器U1A的正向输入端连接；第二电阻R2的一端接220V交流电的零线，另一端与第四电阻R4的一端、第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极、第一运算放大器U1A的反向输入端连接；第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的另一端连接并接地，第一运算放大器U1A的正电源端与第一电容C1的一端连接并接12V电源，负电源端与第一电容C1的另一端连接并接地，输出端与光耦的1脚连接；光耦的2脚与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接地；光耦的4脚接3.3V电源，3脚与第六电阻R6的一端连接并与ARM处理器的一个带定时器功能的I/O口连接；第六电阻R6的另一端接系统地。

所述的热电偶温度采集放大滤波电路包括仪表放大器U2、第二运算放大器U3、7个电阻和9个电容，仪表放大器U2的型号为INA126，第二运算放大器U3的型号为OP07;

第七电阻R7的一端与热电偶的负极连接，第七电阻R7的另一端与第二电容C2的一端、第九电阻R9的一端、第四电容C4的一端、仪表放大器U2的2脚负输入端连接，第八电阻R8的一端与热电偶的正极连接，第八电阻R8的另一端与第二电容C2的另一端、第十电阻R10的一端、第三电容C3的一端、仪表放大器U2的2脚正输入端连接；仪表放大器U2的1脚与第十一电阻R11的一端连接，8脚与第十一电阻R11的另一端连接，4脚与第五电容C5的一端连接并接负5V模拟电源，5脚与第九电阻R9的另一端、第四电容C4的另一端、第十电阻R10的另一端、第三电容C3的另一端、第五电容C5的另一端、第六电容C6的一端、第七电容C7的一端连接并接模拟地，6脚与第七电容C7的另一端、第十二电阻R12的一端连接，7脚与第六电容C6的另一端连接并接正5V模拟电源；第十二电阻R12的另一端与第十三电阻R13的一端、第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端与第二运算放大器U3的2脚、第二运算放大器U3的6脚并与ARM处理器的一个模拟输入脚连接，第十三电阻R13的另一端与第二运算放大器U3的3脚、第九电容C9的一端连接，第九电容C9的另一端接模拟地；第二运算放大器U3的4脚与第十电容C10的一端连接并接负5V电源，7脚与第十电容C10的另一端连接并接正5V电源，1脚、5脚、8脚架空；

室温采集放大电路包括温度传感器U4，第三运算放大器U5、3个电阻和2个电容，所述的温度传感器型号U4为LM35DZ，所述的第三运算放大器U5型号为OP07;

所述的温度传感器U4的1脚与第十四电阻R14的一端连接并接5V模拟电源，第十四电阻R14的另一端与第十六电阻R16的一端、第三运算放大器U5的2脚连接，温度传感器U4的2脚与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与第十一电容C11的一端、第三运算放大器U5的3脚连接，第十一电容C11的另一端接5V模拟电源，温度传感器U4的3脚接5V模拟电源；第三运算放大器U5的4脚与第十二电容C12的一端连接并接负5V电源，7脚与第十二电容C12的另一端连接并接正5V电源，1脚、5脚、8脚架空；6脚与第十六电阻R16的另一端连接并接ARM处理器另一个模拟输入脚，

所述的温度控制输出电路包括第二光耦，一个MOS管，一个继电器，一个二极管和一个电阻。

所述的第二光耦OC2的1脚接ARM处理器的控制信号输出脚，2脚接数字地，4脚接12V隔离电源，3脚与MOS管的栅极、第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与MOS管的源极S连接并接隔离地，MOS管的漏极D与继电器的3脚、第三二极管D3的正极连接，第三二极管D3的负极与继电器的4脚连接12V电源；继电器的2脚接220V零线，1脚与加热丝的一端连接，加热丝的另一端接220V火线。

本发明的温度控制方法包括以下步骤：

步骤（1）：ARM处理器实时读取热电偶的经过放大滤波的电压信号，经过查找热电偶分度表换算出相应的温度值T_k，同时读取通过放大滤波后的室温采集放大电路的信号，转换成温度值T_Base，则实际温度T为T_k与T_Base的和。

步骤（2）：ARM处理器对检测到的温度值进行PID计算产生控制信号。

步骤（3）：220V交流过零检测电路实时检测交流电的频率和过零点，当交流电频率在-48Hz～52Hz时并且在交流电过零时，ARM处理器根据PID的计算结果输出控制信号控制继电器的打开与关闭。如果检测到交流电不正常，则立即关闭加热。

本发明的有益效果是：实时检测220V交流电的频率和过零点，在交流电不正常时，能立即关闭加热输出，对系统起到了保护作用；只有在交流电过零的时候才会使继电器动作，延长了继电器的寿命；热电偶检测温度时候，要与金属器件直接接触，工业设备难免存在漏电流，这些漏电流会对热电偶检测温度产生很大的共模干扰，本电路采用仪表放大器进行前端放大，极大的抑制了这种干扰；二阶有源滤波器对热电偶的信号进一步滤波，大大改善了信号质量。

附图说明

图1是本温度采集控制系统的整体框架图。

图2是本发明的220V交流过零检测电路；

图3是本发明的热电偶温度采集放大滤波电路；

图4是本发明的室温采集放大电路；

图5是本发明的温度控制输出电路。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种基于ARM的温度采集控制系统包括ARM处理器、220V交流过零检测电路、热电偶温度采集放大滤波电路、室温采集放大电路以及温度控制输出电路。此处所用的ARM处理器为ST公司的STM32F103ZET6。

如图2所示，所述的220V交流过零检测电路包括6个电阻，2个二极管，第一运算放大器LM358和1片光耦NEC2501L-1。

第一电阻R1的一端接220V交流电的火线，另一端与第三电阻R3的一端、第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极、第一运算放大器U1A的正向输入端连接；第二电阻R2的一端接220V交流电的零线，另一端与第四电阻R4的一端、第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极、第一运算放大器U1A的反向输入端连接；第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的另一端连接并接地，第一运算放大器U1A的正电源端与第一电容C1的一端连接并接12V电源，负电源端与第一电容C1的另一端连接并接地，输出端与光耦的1脚连接；光耦的2脚与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接地；光耦的4脚接3.3V电源，3脚与第六电阻R6的一端连接并与ARM处理器的一个带定时器功能的I/O口连接；第六电阻R6的另一端接系统地。

如图3所示，所述的热电偶温度采集放大滤波电路包括仪表放大器U2、第二运算放大器U3、7个电阻和9个电容，仪表放大器U2的型号为INA126，第二运算放大器U3的型号为OP07；

第七电阻R7的一端与热电偶的负极连接，第七电阻R7的另一端与第二电容C2的一端、第九电阻R9的一端、第四电容C4的一端、仪表放大器U2的2脚负输入端连接，第八电阻R8的一端与热电偶的正极连接，第八电阻R8的另一端与第二电容C2的另一端、第十电阻R10的一端、第三电容C3的一端、仪表放大器U2的2脚正输入端连接；仪表放大器U2的1脚与第十一电阻R11的一端连接，8脚与第十一电阻R11的另一端连接，4脚与第五电容C5的一端连接并接负5V模拟电源，5脚与第九电阻R9的另一端、第四电容C4的另一端、第十电阻R10的另一端、第三电容C3的另一端、第五电容C5的另一端、第六电容C6的一端、第七电容C7的一端连接并接模拟地，6脚与第七电容C7的另一端、第十二电阻R12的一端连接，7脚与第六电容C6的另一端连接并接正5V模拟电源；第十二电阻R12的另一端与第十三电阻R13的一端、第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端与第二运算放大器U3的2脚、第二运算放大器U3的6脚并与ARM处理器的一个模拟输入脚连接，第十三电阻R13的另一端与第二运算放大器U3的3脚、第九电容C9的一端连接，第九电容C9的另一端接模拟地；第二运算放大器U3的4脚与第十电容C10的一端连接并接负5V电源，7脚与第十电容C10的另一端连接并接正5V电源，1脚、5脚、8脚架空；

如图4所示，室温采集放大电路包括温度传感器U4，第三运算放大器U5、3个电阻和2个电容，所述的温度传感器型号U4为LM35DZ，所述的第三运算放大器U5型号为OP07;

所述的温度传感器U4的1脚与第十四电阻R14的一端连接并接5V模拟电源，第十四电阻R14的另一端与第十六电阻R16的一端、第三运算放大器U5的2脚连接，温度传感器U4的2脚与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与第十一电容C11的一端、第三运算放大器U5的3脚连接，第十一电容C11的另一端接5V模拟电源，温度传感器U4的3脚接5V模拟电源；第三运算放大器U5的4脚与第十二电容C12的一端连接并接负5V电源，7脚与第十二电容C12的另一端连接并接正5V电源，1脚、5脚、8脚架空；6脚与第十六电阻R16的另一端连接并接ARM处理器另一个模拟输入脚，

如图5所示，所述的温度控制输出电路包括第二光耦，一个MOS管，一个继电器，一个二极管和一个电阻。

所述的第二光耦OC2的1脚接ARM处理器的控制信号输出脚，2脚接数字地，4脚接12V隔离电源，3脚与MOS管的栅极、第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端与MOS管的源极S连接并接隔离地，MOS管的漏极D与继电器的3脚、第三二极管D3的正极连接，第三二极管D3的负极与继电器的4脚连接12V电源；继电器的2脚接220V零线，1脚与加热丝的一端连接，加热丝的另一端接220V火线。

本发明的温度控制方法包括以下步骤：

步骤（1）：处理器MCU实时读取热电偶的经过放大滤波的电压信号，经过查找热电偶分度表换算出相应的温度值K-Temp，同时读取室温采集放大电路的信号转换成温度值Base-Temp,则实际温度T为K-Temp与Base-Temp的和。

步骤（2）：处理器MCU对检测到的温度值进行PID计算产生控制信号。

步骤（3）：220V交流过零检测电路实时检测交流电的频率和过零点，当交流电频率在合理范围内时，在交流电过零时，MCU输出控制信号控制继电器的打开与关闭。如果检测到交流电不正常，则立即关闭加热。