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数字温度转换控制器

阅读:29发布:2024-01-22

专利汇可以提供数字温度转换控制器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种数字 温度 转换 控制器 ,其特征在于包括: 液晶 显示单元、CAN通讯端口单元、 热电偶 数字温度采集单元、PWM脉宽调频光耦隔离输出单元、 微处理器 和为各单元供电的DC电源转换单元,其中,所述显示单元、CAN通讯端口单元、热电偶数字温度采集单元和PWM脉宽调频光耦隔离输出单元分别与微处理器连接;本 申请 采用无 电解 电容、 低 电压 、低功耗、小尺寸封装设计,使 电路 在恶劣的 工作温度 环境下,保持电路的高可靠性。,下面是数字温度转换控制器专利的具体信息内容。

1.一种数字温度转换控制器,其特征在于包括:液晶显示单元、CAN通讯端口单元、热电偶数字温度采集单元、PWM脉宽调频光耦隔离输出单元、微处理器和为各单元供电的DC电源转换单元,其中,所述显示单元、CAN通讯端口单元、热电偶数字温度采集单元和PWM脉宽调频光耦隔离输出单元分别与微处理器连接;
其中,
上述微处理器,由ST意法半导体公司ARM Cortex-M4高性能处理器U3以及相关外围器件组成的控制电路,U3微处理器的第37、34、7脚连接至P1SWD编程调试端口、外部时钟晶振1连接至U3的第5、6引脚、RUN指示LED经R23电阻限流连接至U3第38脚,C10液晶驱动外部滤波电容连接至U3第20脚,上电复位电容C11电阻R10组成复位NRST信号连接至U3的第7脚;
液晶显示单元通过程序控制微处理器单元U3对其内部液晶相关控制和状态寄存器进行读写操作,进行3位半段式液晶D6硬件驱动初始化,定义U3微处理器11、12、13、16、17、18脚对应3位半段式液晶D6的SEG0-SEG5脚,U3微处理器29、30、31、46脚对应为3位半段式液晶D6的COM0-COM3引脚;U3微处理器通过内部程序对实时采集的温度数据进行处理和判别,通过U3微处理器内部RAM显存读写操作,使液晶驱动输出显示温度和状态信息;
PWM脉宽调频光耦隔离输出单元,先有程序控制微处理器U3对其内部TIM 32位定时器进行硬件初始化,设定U3微处理器的27脚为TIM2_CH1通道为PWM模式输出,并通过限流电阻R12连接到U4光耦的输入端1脚,微处理器U3通过程序采集来的温度和控制信息,进行相关计算和判别,通过U3微处理器TIM2_CH1通道输出与温度成正比占空比为50%的方波信号,PWM信号经U4光耦4脚隔离输出,经过三极管Q1、限流分压电阻R11、R15、防接反二极管Z1、经R16限流电阻PWM脉冲输出至接线端子J1的第5脚,经R18限流电阻驱动输出至接线端子J2的第3脚指示外部发光二极管,C9为供电退耦电容,C14为滤波电容,经限流电阻R16输出的频率信号OUT0为24V电平脉冲PWM信号;
上述CAN通讯端口单元,通过程序对微处理器U3的CAN口进行硬件初始化,设定U3微处理器第32、33脚为CANRX、CANTX通讯端口,并连接至CAN总线驱动U2芯片MAX3051的第1、4脚,通过外围器件C8总线滤波电容、R6终端电阻连接至U2的第6、7引脚两端,C7为供电退耦电容连接至U2供电端第3脚,、斜率设置电阻R7连接至U2第8引脚,CAN总线通讯7、6脚分别接入J2端子第5、6两脚,进而组成的由微处理器U3、驱动U2控制的CAN总线收发器;
上述DC电源转换单元,外接24V电源通过接线端子连接至防接反二极管D7、通过电容C16滤波、为U6电源芯片第5脚提供输入电源,同时芯片使能第4脚并接至电源输入第5脚,使芯片一直处在工作状态,芯片第6脚通过对蓄能电感L3充放电、斩波处理及二极管D8电压释放,输出电压再通过滤波电容C17、C18、C19、C20滤波,分压电阻R21、R22分压取样反馈至芯片3脚,实现定压3.3V输出DC降压转换电路。3.3V再通过滤波电感L2、滤波电容C21、C22为MCU单片机ADC单元提供稳定的电源;
上述热电偶数字温度采集单元,由U5热电偶调理集成电路MCP9600、上拉电阻R13、R14组成的人电偶温度采集调理单元;通过程序控制微处理器U3对其内部IIC总线进行硬件初始,设定U3芯片42、43脚设定为SCL总线时钟、SDA为数据输入输出引脚,并连接到数字热电偶温度采集芯片U5的第20、19脚,R13、R14为总线SCL、SDA上拉电阻;微处理器U3通过IIC总线驱动程序对U5数字热电偶温度采集芯片状态和控制寄存器进行读写操作,实现对K型热电偶传感器进行实时温度采集。

说明书全文

数字温度转换控制器

技术领域:

[0001] 本发明涉及温度控制器领域,具体涉及一种广泛应用于工业、汽车、航空和石油化工等领域的数字温度转换控制器。背景技术:
[0002] 随着电子技术的发展,对扩展温度范围内实现精确的温度测量已经在工业热工控制、危险环境监测等工程应用中引起了广泛的关注。为了保证在完整的温度范围内的测量准确性,我们需要同时对温度传感器信号调理电路进行精确的调整与配置。
[0003] 对基于热电偶的温度测量器件进行分析,找出影响其精度的关键因素,并提出准确、经济的技术方案以保证热电偶的测温效果。为了保证不同测量环境下热电偶的最优测量性能,我们需要在热电偶的信号调制电路中集成多种校正算法。这些算法对温度测量的线性度,低噪声放大和冷端补偿都有重要的影响。
[0004] 因此通过新型单片集成热电偶接口器件与丰富外设超低功耗ARM单芯片微处理器应用,简化了产品设计,提高了产品的可靠性,通过产品功能软件的开发,丰富了产品的应用范围,提高产品的快速部署能,降低了产品应用成本。
[0005] 鉴于此,提出本申请。发明内容:
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构新颖的数字温度转换控制器,具有电路设计结构合理紧凑,高效节能、段式液晶温度显示、CAN总线人机交互、高精度32位PWM脉宽输出等,电路同时还具有测量精度高、可靠性高、功能多样的技术特点。
[0007] 本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
[0008] 一种数字温度转换控制器,包括:液晶显示单元、CAN通讯端口单元、热电偶数字温度采集单元、PWM脉宽调频光耦隔离输出单元、微处理器和为各单元供电的DC电源转换单元,其中,所述显示单元、CAN通讯端口单元、热电偶数字温度采集单元和PWM脉宽调频光耦隔离输出单元分别与微处理器连接;
[0009] 其中,
[0010] 液晶显示单元通过程序控制微处理器单元U3对其内部液晶相关控制和状态寄存器进行读写操作,进行3位半段式液晶D6硬件驱动初始化,定义U3微处理器11、12、13、16、17、18脚对应3位半段式液晶D6的SEG0-SEG5脚,U3微处理器29、30、31、46脚对应为3位半段式液晶D6的COM0-COM3引脚;U3微处理器通过内部程序对实时采集的温度数据进行处理和判别,通过U3微处理器内部RAM显存读写操作,使液晶驱动输出显示温度和状态信息;
[0011] PWM脉宽调频光耦隔离输出单元,先有程序控制微处理器U3对其内部TIM 32位定时器进行硬件初始化,设定U3微处理器的27脚为TIM2_CH1通道为PWM模式输出,并通过限流电阻R12连接到U4光耦的输入端1脚,微处理器U3通过程序采集来的温度和控制信息,进行相关计算和判别,通过U3微处理器TIM2_CH1通道输出与温度成正比占空比为50%的方波信号(0-999℃对应1K-1.999KHz方波信号),PWM信号经U4光耦4脚隔离输出,经过三极管Q1、限流分压电阻R11、R15、防接反二极管Z1、经R16限流电阻PWM脉冲输出至接线端子J1的第5脚,经R18限流电阻驱动输出至接线端子J2的第3脚指示外部发光二极管,C9为供电退耦电容,C14为滤波电容,经限流电阻R16输出的频率信号OUT0为24V电平脉冲PWM信号;
[0012] 上述CAN通讯端口单元,通过程序对微处理器U3的CAN口进行硬件初始化,设定U3微处理器第32、33脚为CANRX、CANTX通讯端口,并连接至CAN总线驱动U2芯片MAX3051的第1、4脚,通过外围器件C8总线滤波电容、R6终端电阻连接至U2的第6、7引脚两端,C7为供电退耦电容连接至U2供电端第3脚,、斜率设置电阻R7连接至U2第8引脚,CAN总线通讯7、6脚分别接入J2端子第5、6两脚,进而组成的由微处理器U3、驱动U2控制的CAN总线收发器;
[0013] 上述微处理器,由ST意法半导体公司ARM Cortex-M4高性能处理器U3(STM32L433数模混MCU)以及相关外围器件组成的控制电路,U3微处理器的第37、34、7脚连接至P1SWD编程调试端口、外部时钟晶振1连接至U3的第5、6引脚、RUN指示LED经R23电阻限流连接至U3第38脚,C10液晶驱动外部滤波电容连接至U3第20脚,上电复位电容C11电阻R10组成复位NRST信号连接至U3的第7脚;
[0014] 上述DC电源转换单元,外接24V电源通过接线端子连接至防接反二极管D7、通过电容C16滤波、为U6电源芯片第5脚提供输入电源,同时芯片使能第4脚并接至电源输入第5脚,使芯片一直处在工作状态,芯片第6脚通过对蓄能电感L3充放电、斩波处理及二极管D8电压释放,输出电压再通过滤波电容C17、C18、C19、C20滤波,分压电阻R21、R22分压取样反馈至芯片3脚,实现定压3.3V输出DC降压转换电路。3.3V再通过滤波电感L2、滤波电容C21、C22为MCU单片机ADC单元提供稳定的电源。
[0015] 上述热电偶数字温度采集单元,由U5热电偶调理集成电路MCP9600、上拉电阻R13、R14组成的人电偶温度采集调理单元;通过程序控制ST意法半导体公司ARM Cortex-M4高性能微处理器U3(STM32L433数模混微处理器)对其内部IIC总线进行硬件初始,设定U3芯片42、43脚设定为SCL总线时钟、SDA为数据输入输出引脚,并连接到数字热电偶温度采集芯片U5的第20、19脚,R13、R14为总线SCL、SDA上拉电阻;微处理器U3通过IIC总线驱动程序对U5数字热电偶温度采集芯片状态和控制寄存器进行读写操作,实现对K型热电偶传感器进行实时温度采集。
[0016] 本发明的有益效果是:
[0017] (1)本申请采用无电解电容、低电压、低功耗、小尺寸封装设计,使电路在恶劣的工作温度环境下,保持电路的高可靠性。
[0018] (2)MCP9600目前是市面上唯一一款系统级芯片热电偶调理集成电路,芯片特性包括一个温度数据的数字滤波器,它能使温度的波动、系统噪声和电磁干扰的影响最小。它的关断模式降低了整个系统的功耗,而它的四个用户可编程的温度警报输出则减轻了系统单片机的开销并缩小了代码占用空间,从而进一步简化设计。附图说明:
[0019] 图1为本发明结构框图
[0020] 图2为本发明显示单元电路图;
[0021] 图3为本发明CAN通讯端口单元电路图;
[0022] 图4为本发明热电偶数字温度采集单元电路图;
[0023] 图5为本发明PWM脉宽调频光耦隔离输出单元电路图;
[0024] 图6为本发明微处理器单元电路图;
[0025] 图7为本发明DC电源转换单元电路图。具体实施方式:
[0026] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
[0027] 实施例1
[0028] 参见图1-7:
[0029] 一种数字温度转换控制器,包括:液晶显示单元、CAN通讯端口单元、热电偶数字温度采集单元、PWM脉宽调频光耦隔离输出单元、微处理器和为各单元供电的DC电源转换单元,其中,所述显示单元、CAN通讯端口单元、热电偶数字温度采集单元和PWM脉宽调频光耦隔离输出单元分别与微处理器连接;
[0030] 其中,
[0031] 液晶显示单元通过程序控制微处理器单元U3对其内部液晶相关控制和状态寄存器进行读写操作,进行3位半段式液晶D6硬件驱动初始化,定义U3微处理器11、12、13、16、17、18脚对应3位半段式液晶D6的SEG0-SEG5脚,U3微处理器29、30、31、46脚对应为3位半段式液晶D6的COM0-COM3引脚;U3微处理器通过内部程序对实时采集的温度数据进行处理和判别,通过U3微处理器内部RAM显存读写操作,使液晶驱动输出显示温度和状态信息;
[0032] PWM脉宽调频光耦隔离输出单元,先有程序控制微处理器U3对其内部TIM 32位定时器进行硬件初始化,设定U3微处理器的27脚为TIM2_CH1通道为PWM模式输出,并通过限流电阻R12连接到U4光耦的输入端1脚,微处理器U3通过程序采集来的温度和控制信息,进行相关计算和判别,通过U3微处理器TIM2_CH1通道输出与温度成正比占空比为50%的方波信号(0-999℃对应1K-1.999KHz方波信号),PWM信号经U4光耦4脚隔离输出,经过三极管Q1、限流分压电阻R11、R15、防接反二极管Z1、经R16限流电阻PWM脉冲输出至接线端子J1的第5脚,经R18限流电阻驱动输出至接线端子J2的第3脚指示外部发光二极管,C9为供电退耦电容,C14为滤波电容,经限流电阻R16输出的频率信号OUT0为24V电平脉冲PWM信号;
[0033] 上述CAN通讯端口单元,通过程序对微处理器U3的CAN口进行硬件初始化,设定U3微处理器第32、33脚为CANRX、CANTX通讯端口,并连接至CAN总线驱动U2芯片MAX3051的第1、4脚,通过外围器件C8总线滤波电容、R6终端电阻连接至U2的第6、7引脚两端,C7为供电退耦电容连接至U2供电端第3脚,、斜率设置电阻R7连接至U2第8引脚,CAN总线通讯7、6脚分别接入J2端子第5、6两脚,进而组成的由微处理器U3、驱动U2控制的CAN总线收发器;
[0034] 上述微处理器,由ST意法半导体公司ARM Cortex-M4高性能处理器U3(STM32L433数模混MCU)以及相关外围器件组成的控制电路,U3微处理器的第37、34、7脚连接至P1SWD编程调试端口、外部时钟晶振1连接至U3的第5、6引脚、RUN指示LED经R23电阻限流连接至U3第38脚,C10液晶驱动外部滤波电容连接至U3第20脚,上电复位电容C11电阻R10组成复位NRST信号连接至U3的第7脚;
[0035] 上述DC电源转换单元,外接24V电源通过接线端子连接至防接反二极管D7、通过电容C16滤波、为U6电源芯片第5脚提供输入电源,同时芯片使能第4脚并接至电源输入第5脚,使芯片一直处在工作状态,芯片第6脚通过对蓄能电感L3充放电、斩波处理及二极管D8电压释放,输出电压再通过滤波电容C17、C18、C19、C20滤波,分压电阻R21、R22分压取样反馈至芯片3脚,实现定压3.3V输出DC降压转换电路。3.3V再通过滤波电感L2、滤波电容C21、C22为MCU单片机ADC单元提供稳定的电源。
[0036] 上述热电偶数字温度采集单元,由U5热电偶调理集成电路MCP9600、上拉电阻R13、R14组成的人电偶温度采集调理单元;通过程序控制ST意法半导体公司ARM Cortex-M4高性能微处理器U3(STM32L433数模混微处理器)对其内部IIC总线进行硬件初始,设定U3芯片42、43脚设定为SCL总线时钟、SDA为数据输入输出引脚,并连接到数字热电偶温度采集芯片U5的第20、19脚,R13、R14为总线SCL、SDA上拉电阻;微处理器U3通过IIC总线驱动程序对U5数字热电偶温度采集芯片状态和控制寄存器进行读写操作,实现对K型热电偶传感器进行实时温度采集。
[0037] 主要技术参数:
[0038]
[0039] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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