主頁 > 技術文章 > 分析微波高溫的自動化控制系統(tǒng)設計 2024-10-19

分析微波高溫的自動化控制系統(tǒng)設計

摘要:本文從微波加熱的基礎理論出發(fā),使用TLC2543溫度采集芯片,設計了微波高溫自動化控制完整系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成了所有軟硬件設計,并實現(xiàn)了單片機與PC機的通信軟硬件調(diào)試。實驗表明,該系統(tǒng)簡單可行,并實現(xiàn)了溫度曲線的實時顯示與控制。
     微波高溫加熱技術是通過使用微波能量將加熱物體加熱到400℃以上并對加熱物體進行燒結(jié)或者熱處理的一類技術,與傳統(tǒng)加熱技術相比較,其不同之處在于,微波直接對加熱物體或物體本身整體進行加熱,有傳統(tǒng)加熱所不具備的優(yōu)點,因此有著很好的應用前景。
1、微波高溫系統(tǒng)設計：
    本文介紹的微波高溫系統(tǒng)由以AT89C52單片機為核心的主控與運算模塊、溫度采集模塊、功率控制模塊、串行通信模塊以及人機接口模塊組成的。
    其中,AT89C52作為控制的核心部件,是整個系統(tǒng)指令的執(zhí)行部件。主要負責采集溫度傳感器傳送過來的溫度數(shù)據(jù),根據(jù)操作用戶的信息來控制輸出功率.同時通過串行通訊方式,把系統(tǒng)參數(shù)傳遞給上位機。微波功率源是由微波電子管、環(huán)行器和功率監(jiān)視器組成;溫度采集模塊作用是通過溫度傳感器實時檢測被加熱材料的溫度;人機接口模塊包括按鍵輸入和LCD顯示,其中按鍵輸入是操作人員輸入控制參數(shù)的接口,LCD用來顯示被加熱材料的溫度和系統(tǒng)當前狀態(tài);功率控制模塊是用來控制磁控管的輸出功率的大小;通信模塊利用了AT89C52內(nèi)部提供的全雙工異步串行口。
2、硬件電路設計：
    2.1 溫度采集模塊
    該系統(tǒng)的溫度采集模塊是以AT89C52為核心,由紅外測溫儀采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過低通濾波器濾除噪聲后進入TLC2543的AIN0通道進行A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)值同時在液晶上顯示。
    其中TLC2543是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉(zhuǎn)換過程,是具有11個模擬輸入通道的串行A/D轉(zhuǎn)換器,具有簡化比率轉(zhuǎn)換刻度和邏輯電路、模擬電路,以及隔離電源噪聲等特點,能滿足大多數(shù)高精度多通道數(shù)據(jù)采集的要求。
    2.2 功率控制模塊
    功率控制模塊在系統(tǒng)中主要實現(xiàn)對加熱材料溫度變化的快速控制,避免熱失控。因為在微波加熱的過程中,材料的介電損耗是變化的,當溫度到達某一值時,材料的介電損耗會急劇升高。本系統(tǒng)中微波功率控制主要采用調(diào)節(jié)相位角的方式,即通過改變交流電壓正負半周的導通角來控制功率大小。
    2.3 串行通信模塊
    本系統(tǒng)中的通訊模塊主要是利用單片機的串口通訊功能把溫度傳感器檢測到的加熱材料的溫度數(shù)據(jù)實時的傳給上位機,其中單片機與上位機可以通過串行通訊端口RS-232進行信號轉(zhuǎn)換。
    2.4 人機接口模塊
    人機接口模塊包括按鍵輸入和液晶顯示兩個部分。其中鍵盤主要實現(xiàn)輸入加熱材料的參數(shù)、系統(tǒng)的啟動和停止、系統(tǒng)時間的設定等功能。由于系統(tǒng)端口資源緊張,所以通過P2口擴展了74LSl38,以總線驅(qū)動器HC244和地址鎖存器HC373組合的方式設計鍵盤,可以控制多達64個按鍵。液晶顯示部分采用日本SEIKOEPSON公司出品的液晶顯示控制器SEDl330作為控制芯片,可以在微波高溫加熱過程中顯示輸入的加熱材料的參數(shù)以及系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
3、軟件設計：
    本系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集程序用匯編語言編寫,單片機是測溫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端,它主要完成對測溫傳感器溫度數(shù)據(jù)的讀取、存儲以及同上位機的中斷通訊,最后由上位機對接收到的數(shù)據(jù)進行處理。
4、結(jié)語
本文運用微波加熱理論、計算機接口技術、數(shù)據(jù)采集和處理等理論完成了微波高溫自動化控制系統(tǒng)的設計。在經(jīng)過硬件接口和軟件程序的調(diào)試后,證明該系統(tǒng)具有較好的實用性和應用前景。

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