基于分时处理的发热丝的温度控制电路论文和设计-陈泽少

全文摘要

本实用新型公开了基于分时处理的发热丝的温度控制电路，包括MCU、分压电阻、锂电池电源、复位按键和第一电控控制开关，所述的第一电控控制开关和分压电阻串联在发热丝和锂电池电源之间，还包括有第二电控控制开关，所述的第二控制开关并联在第一电控控制开关和分压电阻串联后的电路两端。本实用新型通过设定增加第二控制开关，并对加热电路进行变化，从而能够通过开关跳整控制加热丝的加热时间，从而通过加热时间的控制调整最后使烟丝的加热温度与设定温度相同，而且大大增加了测量温度调整的精度，从而使温度的调整其更具有可靠性以及可应用的范围。

主设计要求

1.基于分时处理的发热丝的温度控制电路，包括MCU、分压电阻、锂电池电源、复位按键和第一电控控制开关，所述的第一电控控制开关和分压电阻串联在发热丝和锂电池电源之间，其特征在于：还包括有第二电控控制开关，所述的第二电控控制开关并联在第一电控控制开关和分压电阻串联后的电路两端；所述的第二电控控制开关、分压电阻和发热丝三者接触点通过导线与PLC的第一模拟量输入端口，第一控制开关与分压电阻的接触点通过导线与MCU的第二模拟量输入端口。

设计方案

2.根据权利要求1所述的基于分时处理的发热丝的温度控制电路，其特征在于：所述的分压电阻为碳膜电阻。

3.根据权利要求1所述的基于分时处理的发热丝的温度控制电路，其特征在于：所述的MCU的型号为LGT328P。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及烟叶发热丝温度控制技术领域，尤其涉及基于分时处理的发热丝的温度控制电路。

背景技术

目前，该新型卷烟通过发热丝加热产香物质使之产生烟雾，发热丝通常有不锈钢丝和镍丝等金属材料。

金属材料的电阻和温度相关就是电阻温度系数（temperature coefficient ofresistance 简称TCR）表示电阻当温度改变1℃时，电阻值的相对变化，单位为ppm\/℃（即10E（-6）\/℃）。金属材料的电阻也会随着温度的变化而改变。目前电子烟的温控技术就是依据金属的这个特性来实现温控功能。

例如：电子烟不锈钢发热丝在室温下25℃的阻值为1Ω，通电后随着温度到125℃时，电阻变为1.12Ω，在225℃的时候又变成了1.24Ω，在325℃的时候变为1.36Ω，根据这样的阻值变化规律，通过测得当前不锈钢发热丝的电阻值，就能计算出不锈钢发热丝的当前温度。

在电子烟中，“发热丝”负责加热、蒸发烟油，从而产生雾气。发热丝常用不锈钢丝，室温下25℃的阻值为1.0Ω。发热丝可采用片状、针状、锥状等结构，也可采用这几种形状的组合成多加热丝结构。

现有烟叶发热丝中温度控制电路如图1中当按键K按下，U1发出控制信号控制U3打开，发热丝开始工作，由于R1采样电阻阻值小（采样电阻串在主路中，消耗的功率是无用功率，阻值选用1mΩ），Va和Vb两电压差值信号很小（小于10mv），如直接输入到U1的ADC口，ADC由于取样误差的存在，经U1数模变换后，Va和Vb两电压差值信号转换为数字信号后基本为零，为解决此问题，因此要用高增益差分运算放大器U2，运算出（Va-Vb）再放大增益100倍后，输出信号到U1的ADC2输入口，Vb电压信号直接输入U1的ADC1口。

发热丝的当前电阻:Rt=( R1*Vb)\/ (Va-Vb)=(0.001XVb)\/ (Va-Vb)Ω,利用电阻对应的温度和电阻关系曲线，计算得出当前发热丝的温度T。

但是现有的电路中取样电阻R1要采用精密合金电阻，精密合金电阻和高增益差分运算放大器的价格高，因此电路成本高。而且采用高增益差分运算放大器U2易受工作环境温度影响，随工作环境温度变化而引起测量精度下降。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于分时处理的发热丝的温度控制电路，能够解决现有热丝的温度控制电路成本高、测量精度低的问题。

本实用新型采用的技术方案为：

一种基于分时处理的发热丝的温度控制电路，包括MCU、分压电阻、锂电池电源、复位按键和第一电控控制开关，所述的第一电控控制开关和分压电阻串联在发热丝和锂电池电源之间，还包括有第二电控控制开关，所述的第二电控控制开关并联在第一电控控制开关和分压电阻串联后的电路两端；所述的第二电控控制开关、分压电阻和发热丝三者接触点通过导线与PLC的第一模拟量输入端口，第一控制开关与分压电阻的接触点通过导线与MCU的第二模拟量输入端口。

所述的分压电阻为碳膜电阻。

所述的MCU的型号为LGT328P。

本实用新型通过设定增加第二电控控制开关，并对加热电路进行变化，从而能够通过开关跳整控制加热丝的加热时间，从而通过加热时间的控制调整最后使烟丝的加热温度与设定温度相同，而且大大增加了测量温度调整的精度，从而使温度的调整其更具有可靠性以及可应用的范围。

附图说明

图1为现有发热丝温度控制电路图；

图2为本实用新型的电路图；

图3为本实用新型所述控制信号B的波形图；

图4为本实用新型所述控制信号A的波形图；

图5为本实用新型所述发热丝电压Vb的波形图；

图6为本实用新型所述发热丝电压Va的波形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、2和3所示，本实用新型包括MCU、分压电阻、锂电池电源、复位按键和第一电控控制开关，所述的第一电控控制开关和分压电阻串联在发热丝和锂电池电源之间其特征在于：还包括有第二电控控制开关，所述的第二电控控制开关并联在第一电控控制开关和分压电阻串联后的电路两端；所述的第二电控控制开关、分压电阻和发热丝三者接触点通过导线与PLC的第一模拟量输入端口，第一控制开关与分压电阻的接触点通过导线与MCU的第二模拟量输入端口。

所述的分压电阻为碳膜电阻。

本实用新型在具体使用时，可以在一个t(10ms)周期内，控制信号B控制U4打开,此时控制信号A控制U3一直关断，时长是 t2（9.8ms），此时间内发热丝处于工作状态。

接下来，控制信号B控制U4关断，控制信号A控制U3打开，时长是 t1（0.2ms），此时间内MCU在测量发热丝的当前电阻，并通过计算得出发热丝的当前温度。

t2时间内，发热丝加热做功，取样电阻R1电压Va的波形图。

在t2时间内，Va和Vb的值一样，DSP\/MCU只监控发热丝的工作状况。

t1时间内DSP\/MCU根据ADC1和ADC2输入口采集到的Va和Vb的值，计算出发热丝的当前电阻：发热丝的当前电阻:Rt=( R1XVb)\/ (Va-Vb) =Vb\/ (Va-Vb)Ω。

利用图一的温度和电阻关系曲线，计算得出当前发热丝的温度值。

本实用新型是发热丝大电流加热和小电流测量电阻两种模式分时交替进行。利用发热丝有一定的热容量，温度变化慢的特性。两种模式的切换频率足够快（100hz），发热丝在一个交替周期内（时间10ms），温度变化小于1℃，能够满足电子烟温控的要求。

本实用新型的控制过程主要是指电控开关U3，U4以t(10ms)为一个周期交替打开工作，当按键K按下,在一个t(10ms)周期内，控制信号B控制U4打开,此时控制信号A控制U3一直关断，时长是 t2（9.8ms），

此时间内发热丝处于工作状态。如下图3，图4所示：接下来，控制信号B控制U4关断，控制信号A控制U3打开，时长是 t1（0.2ms），此时间内MCU在测量发热丝的当前电阻，并通过计算得出发热丝的当前温度。因此发热丝工作时的其两端电压Vb的波形如下图5：t2时间内，发热丝加热做功，取样电阻R1电压Va的波形图如图6。在t2时间内，Va和Vb的值一样，DSP\/MCU只监控发热丝的工作状况。

t1时间内DSP\/MCU根据ADC1和ADC2输入口采集到的Va和Vb的值，计算出发热丝的当前电阻：发热丝的当前电阻:Rt=( R1XVb)\/ (Va-Vb) =Vb\/ (Va-Vb)Ω利用电阻的温度和电阻关系曲线，计算得出当前发热丝的温度值。

该技术是发热丝大电流加热和小电流测量电阻两种模式分时交替进行。利用发热丝有一定的热容量，温度变化慢的特性。两种模式的切换频率足够快（100hz），发热丝在一个交替周期内（时间10ms），温度变化小于1℃，能够满足电子烟温控的要求。

本实用新型中的取样电阻R1可以采用普通碳膜电阻，且不需要高增益差分运算放大器，电路成本很低。而且不需要高增益差分运算放大器的引入误差，测量精度高。R1的阻值范围：1.0Ω~5.0Ω，发热丝的阻值范围：0.7Ω~1.5Ω。

电控开关指的是：开关功率PMOS管或开关功率PNP三极管，U1所取型号：LGT328P、LGT690、PMS132、PMS133、SN7052B、SN8F5703 MM32F031xx、M058\/M0516等。

设计图

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