一种导航设备温控装置的制作方法

本实用新型涉及自动控制领域，尤其涉及一种导航设备温控装置。

背景技术：

目前，导航设备陀螺温控一般采用从温度传感器采集的陀螺、加速度计、本体温度经A/D转换成数字信号后，送入DSP与设定的目标温度值相减得到温度误差，若控制对象与目标温度相差较大时，控制量为最大，输出的PWM占空比为100%，PWM经过光电隔离器和功率放大器后驱动加热器全速加热；若接近目标温度值，调用控制算法计算出控制量，实现对加热电流的自动调节；若控制对象温度高于目标温度值，输出量为0，PWM占空比为0，加热器停止加热。如此反复，实现控制对象的温度在目标温度值达到动态平衡。

以上的数字采样，A/D转换，定时计数，系统软件需要用运算量极大的PID算法编程，整套控制系统设计、参数调整及实现较为复杂和繁琐，而且，通过数字控制方式进行温度控制，整个系统的动态跟踪较慢。

因此，如何提供一种结构简单、易于实现且动态跟踪速度快的导航设备温度控制的技术方案成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单、易于实现且动态跟踪速度快的导航设备温度控制的技术方案。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种导航设备温控装置，包括依次连接的测温电桥电路、信号跟随及匹配电路、PID调节电路、信号叠加电路、PWM调节电路、功率驱动电路及导航设备加热装置，其中，所述温控电桥包括设置在温度采集区域的热敏电阻RT1。

优选地，所述测温电桥电路还包括电位器RP1、电阻R2、电阻R1、电阻R3及电阻R4，其中：热敏电阻RT1的第二端与电位器RP1的第一端相连，电位器RP1的第二端与电阻R2的第一端相连，电阻R2的第二端分别与信号跟随及匹配电路的输入端A和电阻R1的第一端相连，电阻R1的第二端与电阻R3的第一端相连，电阻R3的第二端分别与信号跟随及匹配电路的输入端B和电阻R4的第一端相连，电阻R4的第二端分别接地及与电阻RT1的第一端相连，记电阻R1、电阻R4、电阻R3、电阻R2、电位器RP1及热敏电阻RT1的电阻值分别为r1、r4、r3、r2、rp1及rt1，当目标部件的温度等于预设温度时，r1×r4=r3×（r2+rp1+rt1）。

优选地，所述信号跟随及匹配电路包括放大器N1及跟随器组件N2A，其中，放大器N1的同相输入端作为信号跟随及匹配电路的输入端A，放大器N1的反相输入端作为信号跟随及匹配电路的输入端B，放大器N1的反相输入端与放大器N1的输出端相连，放大器N1的输出端还通过电阻R10与跟随器组件N2A的同相输入端相连，跟随器组件N2A的反相输入端与跟随器组件N2A的输出端相连，跟随器组件N2A的输出端还与电位器RP2的第一端相连，电位器RP2的第二端接地，电位器的RP2的调节端作为信号跟随及匹配电路的输出端与PID调节电路的输入端相连。

优选地，所述PID调节电路包括跟随器组件N2B，跟随器组件N2B的同相输入端接地，跟随器组件N2B的反相输入端作为PID调节电路的输入端与信号跟随及匹配电路的输出端相连，跟随器组件N2B的反相输入端还与跟随器组件N2B的输出端相连，N2B的输出端还作为PID调节电路的输出端与信号叠加电路的输入端相连。

优选地，所述信号叠加电路包括电阻R17、电阻R18、电阻R19及电位器RP3，其中：电阻R17的第一端作为信号叠加电路的输入端与PID调节电路的输出端相连，电阻R17的第一端还作为信号叠加电路的第一输出端与PWM调节电路相连，电阻R17的第二端分别与电阻R18的第一端及电位器RP3的第一端相连，电阻R18的第二端作为作为信号叠加电路的第二输出端与PWM调节电路相连，电位器RP3的调节端与电位器RP3的第一端相连，电位器RP3的第二端与电阻R19的第一端相连，电阻19的第二端作为信号叠加电路的第三输出端与PWM调节电路相连。

优选地，PWM调节电路包括集成芯片N3，集成芯片N3的输入端作为PWM调节电路的输入端分别与信号叠加电路的第一、第二及第三输出端相连，集成芯片N3的输出端与功率驱动电路的控制端相连。

综上所述，本实用新型公开了一种导航设备温控装置，包括依次连接的测温电桥电路、信号跟随及匹配电路、PID调节电路、信号叠加电路、PWM调节电路、功率驱动电路及导航设备加热装置，其中，所述温控电桥包括设置在温度采集区域的热敏电阻RT1。所述导航设备温控装置为采用模拟PWM控制及PID调节技术实现导航设备的温度控制提供了硬件基础。与现有的数字温控系统相比，结构更加简单，动态响应迅速，可以长期、连续的控制温度，温控精度高。

附图说明

图1为本实用新型公开的一种导航设备温控装置的一种具体实施方式的电路图。

附图标记说明：热敏电阻101、测温电桥电路102、信号跟随及匹配电路103、PID调节电路104、信号叠加电路105、PWM调节电路106、功率驱动电路107。

具体实施方式

下面对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型公开了一种导航设备温控装置，包括依次连接的测温电桥电路、信号跟随及匹配电路、PID调节电路、信号叠加电路、PWM调节电路、功率驱动电路及导航设备加热装置，其中，所述温控电桥包括设置在温度采集区域的热敏电阻RT1。

本实用新型的导航设备温控装置采用热敏电阻实时测量温度，导航设备的加热装置可以采用加热片，可将热敏电阻置于加热片加热的空间内进行温度测量。导航设备的温度由测温电桥电路中的热敏电阻测量后，测量值与预设温度的误差信号经过信号跟随及匹配电路放大后，经过PID调节电路调节，在信号叠加电路中与保温信号叠加之后，发送至PWM调节电路，由脉宽控制固态继电器输送给加热片的电流，根据预设温度（预设温度根据目标部件正常工作需要的温度进行设定）对导航设备需要加热的部件（目标部件）进行温控。

本实用新型公开的导航设备温控装置为采用模拟PWM控制及PID调节技术实现导航设备的温度控制提供了硬件基础。与现有的数字温控系统相比，结构更加简单，动态响应迅速，可以长期、连续的控制温度，温控精度高。

具体实施时，所述测温电桥电路还包括电位器RP1、电阻R2、电阻R1、电阻R3及电阻R4，其中：热敏电阻RT1的第二端与电位器RP1的第一端相连，电位器RP1的第二端与电阻R2的第一端相连，电阻R2的第二端分别与信号跟随及匹配电路的输入端A和电阻R1的第一端相连，电阻R1的第二端与电阻R3的第一端相连，电阻R3的第二端分别与信号跟随及匹配电路的输入端B和电阻R4的第一端相连，电阻R4的第二端分别接地及与电阻RT1的第一端相连，记电阻R1、电阻R4、电阻R3、电阻R2、电位器RP1及热敏电阻RT1的电阻值分别为r1、r4、r3、r2、rp1及rt1，当目标部件的温度等于预设温度时，r1×r4=r3×（r2+rp1+rt1）。

本实用新型利用热敏电阻RT1随温度变化电阻值成比例线性变化的特性，将温度变化转换为电阻值的变化。测温电桥电路由电阻R1~R4、电位器RP1及热敏电阻RT1组成，基于电桥工作原理，当目标部件的温度等于预设温度时，r1×r4=r3×（r2+rp1+rt1），这样，热敏电阻RT1作为测温电桥的一个桥臂，当电桥平衡时（目标部件的温度等于预设温度时），电桥两端电压差（A、B两端电压差）等于0，当电桥未达到平衡时，测温电桥电路将输出一个信号给后续电路作为控制信号。

具体实施时，所述信号跟随及匹配电路包括放大器N1及跟随器组件N2A，其中，放大器N1的同相输入端作为信号跟随及匹配电路的输入端A，放大器N1的反相输入端作为信号跟随及匹配电路的输入端B，放大器N1的反相输入端与放大器N1的输出端相连，放大器N1的输出端还通过电阻R10与跟随器组件N2A的同相输入端相连，跟随器组件N2A的反相输入端与跟随器组件N2A的输出端相连，跟随器组件N2A的输出端还与电位器RP2的第一端相连，电位器RP2的第二端接地，电位器的RP2的调节端作为信号跟随及匹配电路的输出端与PID调节电路的输入端相连。

测温电桥电路输出的控制信号经过放大器N1及跟随器组件N2A，当放大器N1同相输入端电压高于反相输入端电压时，信号跟随及匹配电路输出正电压，说明测量的温度低于预设温度；当同相输入端电压低于反相输入端电压时，信号跟随及匹配电路输出负电压，说明测量的温度高于预设温度。当同相输入端电压等于反相输入端电压时，即电位差为0时，信号跟随及匹配电路输出为0。跟随器组件N2A、电阻R10及电位器的RP2能够提高放大器N1输出信号的负载能力，并且为后续电路提供温度差值信号。

具体实施时，所述PID调节电路包括跟随器组件N2B，跟随器组件N2B的同相输入端接地，跟随器组件N2B的反相输入端作为PID调节电路的输入端与信号跟随及匹配电路的输出端相连，跟随器组件N2B的反相输入端还与跟随器组件N2B的输出端相连，N2B的输出端还作为PID调节电路的输出端与信号叠加电路的输入端相连。

PID调节电路包括跟随器组件N2B、电阻R11~R14和电容器C3、C4组成的跟随器，PID调节电路能够实现比例、积分和微分的校正控制，能够，满足温度控制的精度和温控时间的要求。温度差值信号输入PID调节电路，PID调节电路根据比例、积分和微分系数计算出合适的输出控制参数，利用修改控制变量误差的方法实现闭环控制，使控制过程连续。PID调节电路的结构及其工作原理均为现有技术，在此不再赘述。

具体实施时，所述信号叠加电路包括电阻R17、电阻R18、电阻R19及电位器RP3，其中：电阻R17的第一端作为信号叠加电路的输入端与PID调节电路的输出端相连，电阻R17的第一端还作为信号叠加电路的第一输出端与PWM调节电路相连，电阻R17的第二端分别与电阻R18的第一端及电位器RP3的第一端相连，电阻R18的第二端作为作为信号叠加电路的第二输出端与PWM调节电路相连，电位器RP3的调节端与电位器RP3的第一端相连，电位器RP3的第二端与电阻R19的第一端相连，电阻19的第二端作为信号叠加电路的第三输出端与PWM调节电路相连。

信号叠加电路由电阻R17~R19和电位器RP3组成，信号叠加电路能够实现预设温度的保温信号与温度差值信号的叠加。

具体实施时，PWM调节电路包括集成芯片N3，集成芯片N3具体可以采用美国TI公司的TL494，TL598以及MOTOROLA公司的SG3525等型号的芯片，集成芯片N3的输入端作为PWM调节电路的输入端分别与信号叠加电路的第一、第二及第三输出端相连，集成芯片N3的输出端与功率驱动电路的控制端相连。

叠加后的信号输入脉宽调制集成电路N3，集成电路N3输出的控制信号随测量到的温度的变化而变化，温度差值信号产生的直流电压为负时，集成电路N3输出的控制信号向正的方向（正方向调宽）调节，温度差值信号产生的直流电压为正时，集成电路N3输出的控制信号向负的方向（负方向调宽）调节。集成电路N3输出的控制信号输入功率驱动电路，进行强弱电隔离和功率控制加热片工作，使导航设备的目标部件所处的加热空间加热，同时形成闭环模拟温度控制。PWM调节电路输入功率驱动电路并控制加热片加热的结构及原理均为现有技术，在此不再赘述。本领域技术人员应当知晓的是，本实用新型提供的导航设备温控装置，是为采用模拟PWM控制及PID调节技术实现导航设备的温度控制提供了硬件基础，本实用新型仅对导航设备温控装置的硬件结构进行保护。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过参照本实用新型的优选实施例已经对本实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围。