一种可远程控制的温度控制系统

专利主权项内容

1.一种可远程控制的温度控制系统，其特征在于：包括通过互联网相互通讯的设备服务器和微信服务器，还包括多个均与设备服务器连接的接收终端以及与微信服务器通过无线网络连接的控制终端；接收终端包括箱体以及用于调节箱体温度的控制器；控制器固定在箱体外侧壁上，控制器通过绝缘螺栓固定于箱体上；控制器包括温控主板以及分别与温控主板连接的固态继电器控制电路和可控硅调压电路；箱体内设有加热装置和制冷装置；其中，固态继电器控制电路与加热装置连接，可控硅调压电路与制冷装置连接；加热装置为硅橡胶加热板，硅橡胶加热板位于箱体内，在箱体内部的前后壁上各贴有一张硅橡胶加热板用于制热；制冷装置为交流压缩机，交流压缩机固定于箱体外侧壁上，交流压缩机的铜管布置于箱体内，箱体内缠绕有三圈交流压缩机伸出的铜管用于制冷；还包括与温控主板连接的电源模块和串口电路，所述箱体内的加热装置和制冷装置通过电源模块供电，所述温控主板通过串口总线与设备服务器连接；所述设备服务器由主板芯片和以太网收发芯片组成；所述箱体内还设有温度传感器，所述温度传感器与温控主板连接；所述箱体为试验箱体，用于放置需要在特定温度下进行温度试验或应力试验的试验器件，箱体为密封箱体，箱体上设有保温盖，保温盖通过铰链与箱体铰接；箱体上还设有用于放置或安装应力装置的安装孔；箱体由双层铁镍合金钢板围合而成，双层铁镍合金钢板之间填充有气凝胶毡；气凝胶毡与外层铁镍合金钢板和内层铁镍合金钢板之间的空隙采用胶密封；温控主板选用的控制芯片U7型号为STM32f103ZET6，其17、52、39、62、72、84、95、108、121、131、144引脚均为VDD，连接控制芯片的供电电压端VCC3.3，其16、38、51、61、71、83、94、107、120、130、143引脚均为VSS，连接地GND，其PC14-OSC32_IN引脚和PC15_OSC32_OUT引脚两侧连接32.768KHz的晶振Y2，晶振Y2两侧分别连接10μF的瓷片电容C13、C14后接地GND；其33引脚VDDA连接10R的电阻R10后连接VCC3.3，33引脚和30引脚之间连接10μF的电容C11和104电容C12；固态继电器控制电路为防止交流220V对温控主板芯片STM32f103ZET6产生电磁干扰或因绝缘不当损坏温控主板，由光耦隔离器将直流控制电路与交流执行电路隔离，三极管S8050用作开关，当S8050工作于放大区时，固态继电器SSR-D3805HK-E的直流输入端IN导通，从而其交流输出端OUT导通；硅橡胶加热板N线常接于电网N线，当SSR-D3805HK-E的OUT导通时，硅橡胶加热板的L线与电网L线连接，硅橡胶加热板开始工作；固态继电器控制电路采用的是固态继电器U4，型号为SSR_D3805HK_E；固态继电器U4和控制芯片U7之间采用型号为TLP521-1的光耦隔离器U5进行光电隔离，U5的引脚1经510R的电阻R2之后连接VCC5，U5的引脚2连接控制芯片U7的10号引脚PF0，U5的引脚4连接VCC5，U5的引脚3经510R电阻R3后连接NPN型三级管Q2，三级管Q2的型号为S8050，Q2的C极连接固态继电器U4的4号引脚，E极接地，E极同时与B极之间用4.7K的电阻R4连接；U4的3号引脚连接VCC5，U4的1号引脚连接硅橡胶加热板接线端子P2的2号引脚，U4的2号引脚连接电网火线；当控制芯片STM32f103ZET6使用GPIO_RESET语句控制其10号引脚PF0为低电平时，U5的二极管发光，U5的3、4号引脚相连，使得三极管Q2工作于放大区，电流从U4的3号引脚进入，4号引脚流出，从而U4的3号引脚和4号引脚导通，硅橡胶加热板的火线与电网的火线相连，硅橡胶加热板开始加热；可控硅调压控制电路由双向可控硅Q1和高精度数字电位器U3组成，Q1型号为BTA16-600B，Q1的A极连接电网火线，K极连接交流压缩机接线端子P3的2号引脚，G极连接U3的3号引脚；数字电位器U3型号为X9C103，其8号引脚接电源VCC5，4号引脚接地GND，5号引脚和6号引脚经4.7K电阻R1后连接电网火线，1号引脚连接控制芯片U7的13号引脚PF3，2号引脚连接控制芯片U7的12号引脚PF2，7号引脚连接U7的11号引脚PF1；当控制芯片STM32f103ZET6控制U3的7号引脚为低电平，2号引脚为低电平，1号引脚为低电平，则数字电位器U3接入电路的阻值，即3号引脚和5号引脚之间的阻值会增大，通过控制双向可控硅Q1A极和G极之间阻值大小实现对可控硅Q1导通角的调节，从而达到调节电压的目的，即达到调节接入交流压缩机电机交流电压值大小的目的；由公式可知，当接入交流压缩机电机的交流电压U改变时，电机电磁转矩T以相同的比例变化，从而电机转速n改变，因电压最大时为额定转矩，采用降低接入电压来调节电机的转速，当转速降低时，制冷功率降低，从而实现对箱体低温温度值的控制；se网络连接部分，设备服务器由STM32f103ZET6芯片和ENC28J60以太网收发芯片组成，将串口转为以太网口；当用户需要进行远程操作时，向微信公众号发送“Device001, TEMP20”字段，微信服务器接收到这样的数据，并且设备服务器与微信服务器验证成功之后，微信服务器将此字符串发送到设备服务器，设备服务器使用ser.write语句将此字符串打包发送至温控主板芯片STM32f103ZET6，然后温控主板芯片STM32f103ZET6以“Devicexxx, TEMPxxx”的格式严格解包，并且回传给设备服务器0xFF指令代表接收成功，若200ms之后设备服务器没有接收到0xFF指令，则表示丢包；同时，温控主板芯片STM32f103ZET6接受DS18B20通过one-wire总线发送的温度数据，设备服务器通过ser.read语句将温度数据读取并以字典的数据格式保存在MongoDB数据库中；当用户需要查询当前时刻以及历史时刻温控箱体内的温度时，向微信公众号发送字段”Device001, 查询温度”，此字符串经微信服务器发送到设备服务器，程序通过正则表达式检测到字符串中含有“Device”、“查询温度”字段，设备服务器通过微信服务器向公众号发送消息“查询Device001当前温度(now)还是历史温度(history)”，当用户发送“now”，则设备服务器通过ser.read读取当前时刻的温度，并通过微信服务器发送到微信公众号；当用户发送“history”时，设备服务器按键“001”查找相应的值，其值也为字典类型，键为时间，值为温度值，通过微信服务器将时间和温度值发送到微信公众号；远程控制箱体温度的操作人员无需下载APP，只需关注微信公众号，在微信公众号中输入设备号、温度值，微信公众号将数据发送到微信服务器，微信服务器通过接口URL将数据发送到设备服务器ENC28J60以太网收发芯片，设备服务器ENC28J60以太网收发芯片通过串口将数据发送给温控主板芯片STM32f103ZET6，温控主板芯片STM32f103ZET6通过PID算法，控制硅橡胶加热板从而调节温控箱的高温值，或控制可控硅调压电路调节压缩机进而调节温控箱的低温值；操作人员通过微信公众号向温控主板发送控制指令，同时通过微信公众号查询温控箱体的当前温度和历史温度；控制终端含有微信客户端，控制终端通过微信客户端向微信服务器发送指令；设备服务器提供接口URL，微信服务器通过GET方式向设备服务器请求数据，GET请求携带signature, timestamp, nonce, echostr参数，设备服务器接收到参数后将token, timestamp, nonce三个参数进行字典排序，并拼接成一个字符串进行sha1加密，将获得加密后的字符串与signature对比，标识该请求源自微信服务器后设备服务器与微信服务器进行数据交换；设备服务器提供接受和发送微信数据的接口URL。