一種碳纖維恆溫加熱墊的控制系統的製作方法

2023-06-02 02:35:46

一種碳纖維恆溫加熱墊的控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種碳纖維恆溫加熱墊的控制系統，由主控單元模塊、電源模塊、液晶顯示、控制按鍵和加熱測溫執行單元構成，加熱測溫執行單元包括電壓整形變換、加熱部件及溫度傳感器；電壓整形變換的光耦合器輸入端的陽極與電源模塊相連，光耦合器輸入端的陰極與主控單元模塊PWM波輸出口相連，光耦合器輸出端的發射極與地相連，光耦合器輸入端的集電極與RC濾波電路輸入端相連，RC濾波電路輸出端與場效應管的柵極相連；主控單元模塊輸出的PWM波與光耦合器的輸入端把電信號轉變為光信號，在輸出端再把光信號轉變為電信號，再經過RC濾波電路送至漏極放大電路。採用碳纖維作為加熱執行部件，工作於醫院等環境，防止高壓氧等爆炸等；採用開關型降壓穩壓器可提供更加可靠、穩定的直流輸出並避免設備之間的幹擾；本實用新型反應更靈敏，控溫更準確，PWM調製加熱平穩，功耗降低。
【專利說明】一種碳纖維恆溫加熱墊的控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型公開一種碳纖維恆溫加熱墊的控制系統，是對現有恆溫加熱墊控制系統結構的改進，屬於電加熱控制裝置【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，國內市場上升溫毯種類繁多，包括電熱毯、變溫水毯、充氣式加溫毯等。其中多功能保健型電熱毯最具價格優勢，但其不適合臨床使用，是由於①在患者進入手術間前，這種低壓保健型電熱毯必須用高溫檔預熱，術中還須用低溫檔保暖使預熱時間過長；②給患者使用時，還必須經常查看電熱毯的溫度和溼度，以免燙傷皮膚；③防水效果差，使用不當會發生漏電危險。變溫水墊以往被認為是病人保溫的金標準，它是通過與患者體表接觸的水毯利用水箱內循環水與體表的溫度差相互傳導熱量，達到降溫和復溫的目的。但目前此種水循環溫墊對低溫的預防及治療效果尚缺乏科學的依據。有研究證實此法無預防效果，因水墊與病人接觸面積僅15%，接觸面組織受重力壓迫，局部血循環較差，不能將熱量帶到身體內部。同時熱與壓力引起組織損傷，有的甚至因變溫裝置失靈可能造成嚴重燙傷。充氣式加溫毯是通過向毯內充入熱空氣達到保溫目的，是目前較新的一種保溫用具，具有方便、有效等優勢，但價格較昂貴，且存在控溫效果不佳等缺陷，很難於臨床推廣。

【發明內容】

[0003]本實用新型提供了一種碳纖維恆溫加熱墊的控制系統，通過多點測溫、多路加熱使得加熱更均勻，控溫更準確，工作更可靠，解決了原產品中不同部分溫度不均勻的問題。 [0004]本實用新型提供的碳纖維恆溫加熱墊的控制系統，其技術解決方案如下:
[0005]碳纖維恆溫加熱墊系統由主控單元模塊、電源模塊、液晶顯示(TJDM12864S1)、控制按鍵和加熱測溫執行單元構成。其中加熱測溫執行單元由電壓整形變換、加熱部件及溫度傳感器構成，共4路。由於每一路電路相同，為簡化原理圖繪製，圖中只給出一路進行說明。其中，所有元器件的功能埠的連接關係及實現的功能如下:電壓整形變換由光耦合器(TLP521-4)、電阻Rl (5.11(0)、電阻1?2 (2ΚΩ)電容Cl (103)和場效應管5410組成。光率禹合器輸入端陽極與電源模塊+5V相連,陰極與主控單兀模塊PWM波輸出I/O 口相連,光率禹合器輸出端發射極與地相連，集電極與R1、C1構成的RC濾波電路輸入端相連，RC濾波電路輸出端與場效應管的柵極相連，電阻R2連接在場效應管的柵極和源極之間，用於設置放大電路工作點，場效應管的源極還與電源模塊的+24V相連。主控單元模塊輸出的PWM波經由光率禹合器的輸入端把電信號轉變為光信號，在輸出端再把光信號轉變為電信號。由於中間通過光進行耦合，所以使得光耦合器輸入和輸出端在電路上是徹底分離的，避免了前後級的幹擾。該電信號再經過R1、C1構成的RC濾波電路後使波形變得平滑，再送至由場效應管和R2構成共漏極放大電路後驅動加熱部件。該共漏極放大電路放大倍數約等於1，具有電壓跟隨特性，對加熱部件起到驅動作用。
[0006]由於整體系統前後級工作電壓不同，為防止高電壓對低電壓部分產生幹擾和衝擊，這裡採用光耦合器對電路中不同電壓部分進行物理隔離。主控單元模塊輸出的PWM波經由光耦合器送至R1、Cl構成的RC濾波電路，再送至由場效應管和R2構成共漏極放大電路後驅動加熱部件。該共漏極放大電路放大倍數約等於1，具有電壓跟隨特性，對加熱部件起到驅動作用。故而，整個電壓整形變換電路的作用是將主控單元模塊輸出的O?5V的PWM波隔離並變換到O?24V，為加熱部件提供可控的高壓加熱電源信號。電源部分提供兩種電源:1.+24?+36V的直流電壓，為電壓整形變換和加熱部件供電；2.+5V (VCC)直流電壓，為主控單元模塊、液晶顯示器TJDM12864S1、電壓整形變換電路以及溫度傳感器供電。控制按鍵提供功能設定接口，與主控單元模塊的I/O 口 P2相連。液晶顯示通過串行顯示方式用來顯示系統的工作狀態，與主控單元模塊的I/O 口 PO相連。PWM輸出控制採用微處理器提供的可直接輸出PWM波的I/O 口作為輸出端。
[0007]本實用新型採用4路加熱測溫執行單元，分別控制和加熱四個加熱點，由於主控單元模塊等工作電壓與加熱部件的工作電壓存在一定的壓差，會對以單片機為主的主控單元模塊產生一定幹擾，所以通過光耦合器把低電壓部分和高電壓部分進行物理隔離，屏蔽高電壓電路對主控單元模塊的幹擾。四路PWM波通過由光耦合器和場效應管為主構成的電壓整形變換電路後，送至加熱部件，為其提供適當的加熱功率。每一路加熱測溫執行單元都配有獨立的溫度傳感器，分別採集每一個加熱測溫執行單元處的溫度進行反饋，可以實時、精確的控制每一路的加熱功率，進而實現精確控溫。此外，還有一個獨立出來的溫度傳感器用於採集環境溫度，對各個加熱通道的溫控進行補償。所有的溫度傳感器通過總線的方式與微處理器的串行I/O 口相連。
[0008]打開供電電源，整個系統上電自檢完畢。系統首先檢測系統預存溫度設定，對設定值與當前溫度進行比較，未達要求，則通過主控單元模塊的I/o 口送出PWM波由加熱部件開始進行加熱；系統逐點檢測各溫度傳感器的數據，並由液晶顯示屏顯示設定溫度和當下各點溫度；隨著溫度逐步接近目標溫度，PWM波逐步提高佔空比來降低功耗。由於各點分布情況和具體使用環境的不同，各點散熱狀況可能不同，通過獨立控制，可以很好地保證整個系統的加熱均勻，穩定。
[0009]本實用新型的積極效果在於:採用碳纖維作為加熱執行部件，工作於醫院等環境，防止高壓氧等爆炸等；採用開關型降壓穩壓器可提供更加可靠、穩定的直流輸出並避免設備之間的幹擾；本實用新型反應更靈敏，控溫更準確，PWM調製加熱平穩，功耗降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型結構原理圖。
【具體實施方式】
[0011]根據圖1所示本實用新型由主控單元模塊(87C51)、電源模塊、液晶顯示(TJDM12864S1)、控制按鍵和加熱測溫執行單元構成。其中加熱測溫執行單元由電壓整形變換、加熱部件及溫度傳感器(DS18B20)構成，共4路。由於每一路電路相同，為簡化原理圖繪製，圖中只給出一路進行說明。
[0012]其中，電壓整形變換由光耦合器(TLP521-4)、電阻Rl (5.1ΚΩ )、電阻R2 (2ΚΩ )電容Cl (103)和場效應管5410組成。由於整體系統前後級工作電壓不同，為防止高電壓對低電壓部分產生幹擾和衝擊，這裡採用光耦合器對電路中不同電壓部分進行物理隔離。主控單元模塊輸出的PWM波經由光耦合器送至R1、C1構成的RC濾波電路，再送至由場效應管和R2構成共漏極放大電路後驅動加熱部件。該共漏極放大電路放大倍數約等於1，具有電壓跟隨特性，對加熱部件起到驅動作用。故而，整個電壓整形變換電路的作用是將主控單元模塊輸出的O?5V的PWM波隔離並變換到O?24V，為加熱部件提供可控的高壓加熱電源信號。
[0013]加熱模塊主要組成部分為碳纖維加熱絲。
[0014]電源模塊提供兩種電源:+24、36V的直流電壓和+5V (VCC)直流電壓。電源模塊的+5V輸出端分別為主控單元模塊、液晶顯示器TJDM12864S1、電壓整形變換電路以及溫度傳感器供電。電源模塊的+24?+36V為電壓整形變換和加熱部件供電。
[0015]控制按鍵與主控單元模塊的I/O 口 P2相連。液晶顯示與主控單元模塊的I/O 口PO相連，通過串行顯示方式顯示系統工作狀態。控制按鍵和液晶顯示共同為系統提供人機互動接口。
[0016]主控單元模塊的PWM輸出控制採用主控單元模塊87C51提供的可直接輸出PWM波的I/o 口作為輸出端，可以簡化程序編寫，提高運行效率。
[0017]本系統加熱、測溫採用四路獨立工作方式，每一路加熱測溫執行單元都配有電壓整形變換、加熱部件和溫度傳感器DS18B20。由於每一路電路相同，為簡化原理圖繪製，圖中只給出一路進行說明。加熱測溫執行單元是先通過電壓整形變換電路把主控單元模塊輸出的O?5V的PWM波隔離並變換到O?24V，然後送至加熱模塊。溫度傳感器負責採集該加熱模塊當前溫度，並進行反饋，可以實時、精確的控制每一路加熱部件的加熱功率，進而實現精確控溫。
[0018]此外，還有一個獨立出來的溫度傳感器DS18B20用於採集環境溫度，對整個加熱系統的溫控進行補償。所有的溫度傳感器通過總線的方式與主控單元模塊的串行I/o 口相連。
【權利要求】
1.一種碳纖維恆溫加熱墊的控制系統，其特徵在於:由主控單元模塊、電源模塊、液晶顯示、控制按鍵和加熱測溫執行單元構成，其中，加熱測溫執行單元包括電壓整形變換、力口熱部件及溫度傳感器；電壓整形變換包括光耦合器、電阻R1、電阻R2、電容Cl和場效應管，光率禹合器輸入端的陽極與電源模塊+5V相連,光稱合器輸入端的陰極與主控單兀模塊PWM波輸出I/O 口相連，光I禹合器輸出端的發射極與地相連，光I禹合器輸入端的集電極與電阻R1、電容Cl構成的RC濾波電路輸入端相連，RC濾波電路輸出端與場效應管的柵極相連，電阻R2連接在場效應管的柵極和源極之間，場效應管的源極還與電源模塊的+24V相連；主控單兀模塊輸出的PWM波與光I禹合器的輸入端把電信號轉變為光信號,在輸出端再把光信號轉變為電信號，該電信號再經過R1、C1構成的RC濾波電路，再送至由場效應管和R2構成共漏極放大電路。
【文檔編號】A61F7/08GK203691646SQ201420053754
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】閆鵬, 鄭偉東 申請人:吉林省人民醫院