分析微波高温的自动控制系统设计

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摘 要:本文从微波加热的基础理论出发,使用TLC2543温度采集芯片,设计了微波高温自动控制完整系统。该系统完成了所有软硬件设计,并实现了单片机与PC机的通信软硬件调试。实验表明,该系统简单可行,并实现了温度曲线的实时显示与控制。

关键词:微波高温温度采集自动控制

中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0025-02

微波高温加热技术是通过使用微波能量将加热物体加热到400℃以上并对加热物体进行烧结或者热处理的一类技术,与传统加热技术相比较,其不同之处在于,微波直接对加热物体或物体本身整体进行加热,有传统加热所不具备的优点,因此有着很好的应用前景。

1、微波高温系统设计

本文介绍的微波高温系统由以AT89C52单片机为核心的主控与运算模块、温度采集模块、功率控制模块、串行通信模块以及人机接口模块组成的。其组成框图如图1所示。

其中,AT89C52作为控制的核心部件,是整个系统指令的执行部件。主要负责采集温度传感器传送过来的温度数据,根据操作用户的信息来控制输出功率.同时通过串行通讯方式,把系统参数传递给上位机。微波功率源是由微波电子管、环行器和功率监视器组成;温度采集模块作用是通过温度传感器实时检测被加热材料的温度;人机接口模块包括按键输入和LCD显示,其中按键输入是操作人员输入控制参数的接口,LCD用来显示被加热材料的温度和系统当前状态;功率控制模块是用来控制磁控管的输出功率的大小;通信模块利用了AT89C52内部提供的全双工异步串行口。

2、硬件电路设计

2.1 温度采集模块

该系统的温度采集模块是以AT89C52为核心,由红外测温仪采集的温度数据经过低通滤波器滤除噪声后进入TLC2543的AIN0通道进行A/D转换,转换后的温度数值同时在液晶上显示,图2。

其中TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程,是具有11个模拟输入通道的串行A/D转换器,具有简化比率转换刻度和逻辑电路、模拟电路,以及隔离电源噪声等特点,能满足大多数高精度多通道数据采集的要求。

2.2 功率控制模块

功率控制模块在系统中主要实现对加热材料温度变化的快速控制,避免热失控。因为在微波加热的过程中,材料的介电损耗是变化的,当温度到达某一值时,材料的介电损耗会急剧升高。本系统中微波功率控制主要采用调节相位角的方式,即通过改变交流电压正负半周的导通角来控制功率大小。

2.3 串行通信模块

本系统中的通讯模块主要是利用单片机的串口通讯功能把温度传感器检测到的加热材料的温度数据实时的传给上位机,其中单片机与上位机可以通过串行通讯端口RS-232进行信号转换,图3。

2.4 人机接口模块

人机接口模块包括按键输入和液晶显示两个部分。其中键盘主要实现输入加热材料的参数、系统的启动和停止、系统时间的设定等功能。由于系统端口资源紧张,所以通过P2口扩展了74LSl38,以总线驱动器HC244和地址锁存器HC373组合的方式设计键盘,可以控制多达64个按键。液晶显示部分采用日本SEIKOEPSON公司出品的液晶显示控制器SEDl330作为控制芯片,可以在微波高温加热过程中显示输入的加热材料的参数以及系统的工作状态。

3、软件设计

本系统中,数据采集程序用汇编语言编写,单片机是测温系统的数据采集端,它主要完成对测温传感器温度数据的读取、存储以及同上位机的中断通讯,最后由上位机对接收到的数据进行处理。其中主程序、串行通讯中断模块分别如图4、图5所示。

4、结语

本文运用微波加热理论、计算机接口技术、数据采集和处理等理论完成了微波高温自动控制系统的设计。在经过硬件接口和软件程序的调试后,证明该系统具有较好的实用性和应用前景。

参考文献

[1] 薛良金.微波技术基础.北京:国防工业出版社,1982.

[2] 粟祜主编.热处理炉温度测量与控制.北京:国防工业出版社,1984.11.

[3] IR temperature measurement in microwave heating.Infrared Physics and technology,2002,43:145-150.