一种用于养殖场的保温灯控制器的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于养殖场的保温灯控制器，属于畜禽养殖设备技术领域。


背景技术：

2.在现代化规模化的养猪场，像保温板、保温灯等加热设备普遍应用于房舍中。比如在分娩舍内，为了满足刚出生仔猪的吮奶需求，分娩母猪和仔猪需要同时活动在产床上面。分娩母猪正常生长的环境温度为20度左右，而刚出生的仔猪正常生长需要的环境温度为35度左右，分娩母猪和仔猪对生长环境温度的需求差异非常大。为了保证仔猪的正常生长，较多的做法是采用保温灯对产床里面仔猪活动的区域进行局部加热，为仔猪提供适宜的温度。
3.对保温灯的控制方式是通过保温灯的高低档开关来改变保温灯的加热功率，再有就是人工调整保温灯的安装高度来适应仔猪实际的生长要求，这样并不能很好地准确达到仔猪适宜的生长温度。
4.为此，青岛大牧人机械股份有限公司于2019年提出了专利申请《一种仔猪保温区域智能加热系统及其控制方法》(公告号为cn110352855a)，以克服以往保温灯使用过程中的不足。该专利文献公开的技术方案综合考虑了仔猪保温区域环境温度区间、不同日龄仔猪对生长温度变化需求、加热器多级加热级别、延迟等待时间、温度趋势阈值等相关因素，多因素共同参与系统控制，最终快速维持仔猪活动区域小范围温度的稳定；其延迟等待时间和温度趋势阈值用于判断当前执行的加热级别是否有效，即系统执行当前加热级别一个延迟等待时间以后，实际分析延迟等待时间之前和之后的温度变化幅度，对比温度趋势阈值，如果温度变化幅度超出温度趋势阈值，则判定当前执行的级别为有效的级别，如果运算结果小于温度趋势阈值，则判定当前执行的级别为无效的级别，系统下一步执行的命令是增加或者降低到相邻的级别。
5.上述专利文献虽然通过设置延迟等待时间和温度趋势阈值，能够快速判断当前加热功率能否满足要求，进而对加热功率作出相应调整，但该方案的加热器为多级加热级别模式，温度调节的过程中温度变化较快，且各级加热级别导致温度呈跳跃式的数值变化，对仔猪来说，应激反应明显，忽冷忽热容易诱发仔猪生病。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中的不足之处，本实用新型提出一种用于养殖场的保温灯控制器，用于解决保温灯调温过程中的温度跳跃变化问题，可实现温度调节的连续平滑过渡，避免仔猪产生应激反应。
7.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案：
8.一种用于养殖场的保温灯控制器，其包括温度检测单元、变压单元、mcu、调压单元和显示单元；所述温度检测单元通过温度传感器检测实时温度，并经信号转换后输入mcu；所述变压单元与市电连接，将外部交流电压处理为控制器所需的电压；所述mcu根据实时温
度信号计算，向所述调压单元输出调压用的触发信号，以及向显示单元输出实时温度；所述调压单元内含晶闸管，晶闸管与保温灯的工作电源控制连接，通过触发信号控制晶闸管的导通角度进而实现对保温灯功率的调节；所述显示单元显示实时温度值。
9.所述调压单元内含晶闸管，晶闸管与保温灯的工作电源控制连接，通过触发信号控制晶闸管的导通角度进而实现对保温灯功率的调节，实现了变幅连续平滑过渡调节。
10.进一步的，所述调压单元包括npn型三极管q1、型号为moc3052m的光耦合器u4和双向可控硅u7；三极管q1的基极通过电阻r27与mcu的触发信号端相连，三极管q1的射极接地，三极管q1的集电极与光耦合器u4的第二个端子连接；光耦合器u4的第六个端子通过电阻r34与双向可控硅u7的g极连接，光耦合器u4的第四个端子通过电阻r39与双向可控硅u7的t1极连接以及通过电容c30与双向可控硅u7的t2极连接；双向可控硅u7的t1、t2极与保温灯的工作电源两端对应连接。
11.触发信号经三极管q1放大驱动光耦u4后驱动可控硅u7，在触发信号的不同的延迟时间下，可控硅u7能出现不同的控制角和导通角，从而引入的交流电在单个正弦周期内的导通角也不同，使得保温灯两端的有效电压不同，实现输出电压的连续可调。
12.进一步的，所述温度检测单元包括pnp型三极管q2，三极管q2的基极通过电阻r45与温度传感器的输出端连接以及通过电阻r46接3.3v的工作电源，三极管q2的射极接3.3v的工作电源，三极管q2的集电极通过电阻r9与所述mcu的温度信号输入端连接。
13.进一步的，所述变压单元包括ls05系列的ac/dc电源管理芯片和bl8系列的dc/dc降压转换器；ac/dc电源管理芯片的第一端子通过电阻r25与外部交流电的零线连接，ac/dc电源管理芯片的第三端子依次通过电感l1、电阻r24与外部交流电的火线连接，ac/dc电源管理芯片的第十二端子通过电感l5输出12v的工作电源，ac/dc电源管理芯片的第十端子为地端，ac/dc电源管理芯片的第十二端子与第十端子间还连接有其他电容、瞬变二极管和电阻，ac/dc电源管理芯片的第五端子与第七端子间通过c15连接，ac/dc电源管理芯片的第七端子与第十端子间通过c16连接；dc/dc降压转换器的第三端子接入12v的工作电源，dc/dc降压转换器的第五端子通过电阻r31与第三端子连接，dc/dc降压转换器的第二端子通过电感l3输出3.3v的工作电源，dc/dc降压转换器的第四端子依次通过电阻r36、电阻r37、电容c23后为地端，电感l3也通过电容c23接地端，dc/dc降压转换器的第六端子通过电容c28与第二端子连接。
14.将外部交流电压处理为控制器所需的电压，由此控制器不需要配备额外的变压器，对现场设备的集成和简化具有意义
15.进一步的，所述显示单元为型号是fj3361bh的数码管模组，简洁低功耗。
16.进一步的，所述mcu为型号是esp32
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s的通用型wifi
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bt
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ble mcu模组，具有可扩展、自适应的特点，方便外围电路的接入和搭建。
17.本方案的控制器对局部环境温度进行有效地连续平滑过渡调节，并直接采用外部交流电源接入系统，经变压单元转换为控制器所需的低压直流电源，强弱电集成一体，对现场安装要求较低，无需额外搭建相关设施，其实用性、通用性好，成本低。
附图说明
18.图1是本实用新型的控制器的系统架构图。
19.图2是本实用新型一种实施例中调压单元的电路原理图。
20.图3是本实用新型一种实施例中温度检测单元的电路原理图。
21.图4是本实用新型一种实施例中变压单元一次降压的电路原理图。
22.图5是本实用新型一种实施例中变压单元二次降压的电路原理图。
具体实施方式
23.下面将结合本技术公开实施例中的附图，对本技术公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术公开及其应用或使用的任何限制。基于本技术公开中的实施例，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，都属于本技术公开保护的范围。
24.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术公开的范围。
25.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
26.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
27.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
29.下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本实用新型。
30.一种用于养殖场的保温灯控制器，其系统架构如图1所示，包括温度检测单元、变压单元、mcu、调压单元和显示单元。
31.所述温度检测单元通过温度传感器检测实时温度，并经信号转换后输入mcu，实时温度的获取是保温灯加热效果的反馈，一般以获取加热区域内的环境温度，而猪自身能够调节自身的体温，属于恒温动物，避免温度传感器对应设置到猪身上。
32.所述变压单元与市电连接，将外部交流电压处理为控制器所需的电压，由此不需要配备额外的变压器，对现场设备的集成和简化具有意义。
33.所述mcu根据实时温度信号计算，一方面向所述调压单元输出调压用的触发信号，另一方面向显示单元输出实时温度，显示单元显示实时温度值，方便现场查看保温灯的调温效果。
34.所述调压单元内含晶闸管，晶闸管与保温灯的工作电源控制连接，通过触发信号控制晶闸管的导通角度进而实现对保温灯功率的调节，实现了变幅调节。mcu对调压单元的计算控制方法可以采用现有技术，为实现温度调节的连续平滑过渡，温度与保温灯功率的调节较好地采取线性调节，这样能更好保证温度变化过程连续平滑，能够避免忽冷忽热的情况，减少猪对温度的应激反应。mcu内的程序控制算法可以参照专利公开号为cn103576716a的《电热毯或电热炕的随动调压式温度控制装置及控制方法》。
35.下面进一步阐述本技术具体电路结构上的实施。
36.如图2所示，所述调压单元包括npn型三极管q1、型号为moc3052m的光耦合器u4和双向可控硅u7。
37.三极管q1的基极通过电阻r27与mcu的触发信号端pwm_out1相连，三极管q1的射极接地端dgnd，三极管q1的集电极与光耦合器u4的第二个端子连接。
38.光耦合器u4的第一个端子通过电阻r29接3.3v的工作电源上电，3.3v的工作电源由变压单元提供，后续会有阐述。光耦合器u4的第六个端子通过电阻r34与双向可控硅u7的g极连接，光耦合器u4的第四个端子通过电阻r39与双向可控硅u7的t1极连接以及通过电容c30与双向可控硅u7的t2极连接。
39.双向可控硅u7的t1、t2极与保温灯的工作电源两端ac_l2、m1对应连接，还在t1、t2极两端通过压敏电阻vr2进行过电压保护。
40.触发信号pwm out1经三极管q1放大驱动光耦u4后驱动可控硅u7，在触发信号pwm out1的不同的延迟时间下，可控硅u7能出现不同的控制角和导通角，从而引入的交流电在单个正弦周期内的导通角也不同，使得保温灯两端的有效电压不同，实现输出电压的连续可调。
41.本实施例中的调压电路设计合理，精简不冗余，电路稳定，调控精度高。由于养猪场为避免仔猪冷到，以往的保温灯多是开到高温档，造成多余能耗的浪费，而本方案精确调控，全年可节约30％的保温灯采暖电费。
42.如图3所示，所述温度检测单元包括pnp型三极管q2，三极管q2的基极通过电阻r45与温度传感器的输出端crt_v1连接以及通过电阻r46接3.3v的工作电源，三极管q2的射极接3.3v的工作电源，三极管q2的集电极通过电阻r9与所述mcu的温度信号输入端sig_1连接。温度传感器图中未示出，在使用时选取通用性较好的数字型传感器，出于对现场环境的复杂性考虑，温度传感器可以采用多个。
43.为增强本控制器的适应性和提高通用性，直接采用外部交流电源接入，经变压单元转换为控制器所需的低压直流电源，强弱电集成一体。如图4、5所示，所述变压单元包括ls05系列的ac/dc电源管理芯片u8和bl8系列的dc/dc降压转换器u6。
44.ac/dc电源管理芯片u8的第一端子通过电阻r25与外部交流电的零线ac_n连接，ac/dc电源管理芯片的第三端子依次通过电感l1、电阻r24与外部交流电的火线ac_l1连接，ac/dc电源管理芯片u8的第十二端子通过电感l5输出12v的工作电源，ac/dc电源管理芯片u8的第十端子为地端。ac/dc电源管理芯片u8的第十二端子与第十端子间还连接有其他电容c20、c32、c17、瞬变二极管d5和电阻r41，实现稳压输出保护。ac/dc电源管理芯片u8的第五端子与第七端子间通过c15连接，ac/dc电源管理芯片u8的第七端子与第十端子间通过c16连接。
45.dc/dc降压转换器u6的第三端子接入12v的工作电源，dc/dc降压转换器u6的第五端子通过电阻r31与第三端子连接，dc/dc降压转换器u6的第二端子通过电感l3输出3.3v的工作电源，dc/dc降压转换器u6的第四端子依次通过电阻r36、电阻r37、电容c23后为地端，电感l3也通过电容c23接地端，dc/dc降压转换器u6的第六端子通过电容c28与第二端子连接。同样的，出于稳压输出的考虑，如图5所示，也设置有电阻r33、电容c26、电容c29。为指示变压单元的工作状态，可以如图5所示设指示灯led1接在3.3v的工作电源的两端。
46.所述显示单元为型号是fj3361bh的数码管模组，也可以选用其他液晶显示模组。
47.所述mcu为型号优选是esp32
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s的通用型wifi
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bt
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ble mcu模组。此款模组的核心是esp32芯片，具有可扩展、自适应的特点，两个cpu核可以被单独控制或上电，时钟频率的调节范围为80mhz到240mhz。用户可以切断cpu的电源，利用低功耗协处理器来不断地监测外设的状态变化或某些模拟量是否超出阈值。esp32还集成了丰富传感器、sd卡接口、以太网接口、高速sdio/spi、uart、i2s和i2c等，方便外围电路的接入和搭建。
48.以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。