文档介绍：智能温控器在真空电阻炉中的应用
【摘要】真空电阻炉是一种非线性、时变性和滞后性的大惯性系统,传统的炉温控制方法具有控制精度低等缺陷,为此,介绍了一种适用于真空电阻炉温度控制的智能温控器。首先阐述了智能温控器的控制原理,然后详细影响,会对采集到的数据造成一定的误差,这时,就需要利用滤波算法进行滤波,经过滤波后才能在LED显示屏中实时显示当前的炉内温度,同时单片机会将检测到的温度值与目标温度值进行比较和运算,并根据运算结果通过I/O接口及时调整脉冲宽度,从而实现可控硅在一个固定周期内的导通次数,即调整了真空电阻炉的平均输入功率,从而实现了真空电阻炉的温度控制。
2 智能温控器的结构
智能温控器的硬件构成
(1)CPU。CPU采用AT89S51,该CPU为一个高性能、低功耗的8位单片机,内置8位中央处理器和ISP Flash存储单元,兼容MCS-51指令系统,它拥有独立的输入输出和控制端口,可通过A/D转换或者D/A转换电路,配合运放电路实现对传感器的控制与信号采集,可通过点阵或者LCD液晶显示输出,并通过外接按键实现人机交互。
AT89S51单片机的接口电路主要有MCM2814芯片和AD574芯片,其中MCM2814芯片主要的作用是提供掉电数据保护,AD574芯片的作用是提供A/D转换。
(2)温度检测电路。温度检测电路是智能温控器的核心部件,它的作用是检测炉内温度并将检测值实时传输至单片机。测温元件采用镍铬—镍硅热电偶,它的工作范围为50~1372℃,在1000℃以上其实际误差不会超过分度值的土1%[3]。具有极高的稳定性,并且热电势与温度呈线性的关系。热电偶是由两种不同种类的金属导体组成的闭合回路,当两端存在温度差,在电路中就会产生电流,从而在两端之间形成热电动势。其中,直接测量炉温温度的一端叫做热端(测量端),另一端叫做冷端(补偿端)。热电动势的大小是由热电偶的材料及两端的温度差决定的。
(3)掉电保护电路。掉电保护电路的主要作用是,防止突然系统突然失电、或者受到工作环境等因素的影响而丢失数据。MCM2814是一种价格低廉、性能可靠的掉电保护电路,完全满足智能温控器对掉电保护的要求。
(4)A/D转换电路。测温元件采集到的温度值为模拟量信号,因此,需要利用A/D转换电路及时转换为数字量信号。AD574是12位逐次逼近型的中速A/D转换器,转换误差较低,%左右。内置三态电路,可以单片机直接相连。同时内置参考电压源和时钟电路,因此,无需外接电压源与时钟信号就能进行A/D转换。
(5)可控硅控温。可控硅具有响应速度快、抗干扰能力强、调节范围广、驱动功率大等特点,被广泛应用于各类控制系统中。可控硅控温的实质是,通过控制可控硅的导通与关断,不断改变加热元件的功率,从而实现调控温度的目的。
(6)通讯模块。通讯模块主要的作用是与上位机和下位机进行通信。通信接口为RS484串行接口。通讯模块采用MAX485芯片作为RS-485的收发器,每个器件中都包含一个驱动器和一个接收器,它采用半双工的方式进行通讯。
(7)保护电路。在真空电阻炉中,如果产生掉电将会造成严重的后果,因此,智能温控器必须具备掉电保护功能。保护电路能够及时检测到电压下降,在电源电容失电