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

分析微波高溫的自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要:本文從微波加熱的基礎(chǔ)理論出發(fā),使用TLC2543溫度采集芯片,設(shè)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(shè)計,并實現(xiàn)了單片機(jī)與PC機(jī)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(shù)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(jìn)行燒結(jié)或者熱處理的一類技術(shù),與傳統(tǒng)加熱技術(shù)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(jìn)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(yīng)用前景。
1、微波高溫系統(tǒng)設(shè)計：
    本文介紹的微波高溫系統(tǒng)由以AT89C52單片機(jī)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(jī)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(fù)責(zé)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(jī)。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(jī)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(dāng)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(shè)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(jìn)入TLC2543的AIN0通道進(jìn)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(guān)電容逐次逼近技術(shù)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(dāng)溫度到達(dá)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(fù)半周的導(dǎo)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(jī)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(jī),其中單片機(jī)與上位機(jī)可以通過串行通訊端口RS-232進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。
    2.4 人機(jī)接口模塊
    人機(jī)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(shè)定等功能。由于系統(tǒng)端口資源緊張,所以通過P2口擴(kuò)展了74LSl38,以總線驅(qū)動器HC244和地址鎖存器HC373組合的方式設(shè)計鍵盤,可以控制多達(dá)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(shè)計：
    本系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集程序用匯編語言編寫,單片機(jī)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(jī)的中斷通訊,最后由上位機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
4、結(jié)語
本文運用微波加熱理論、計算機(jī)接口技術(shù)、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(shè)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(yīng)用前景。

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