嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)衰減液的溫度控制

　　3 溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　控制系統(tǒng)采集兩個溫度信號以及流量信號，采用PWM （脈寬調(diào)制）的方式調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)衰減液流入衰減器以及螺旋板式換熱器的流量，這樣便控制了加熱及散熱的時間，進而達(dá)到了控制溫度的目的。同時，也將實時測量的溫度及流量數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，并存儲至鐵電存儲器中，這樣可以通過RS-232串口傳送給計算機，以便針對測量的數(shù)據(jù)再進行更深的分析和處理。并且，控制系統(tǒng)也對電加熱水箱的加熱功能進行控制，使整個系統(tǒng)可以預(yù)熱，達(dá)到了開機即可運行得要求，其電路框圖如圖4所示。

　　3.1 處理器單元

　　控制系統(tǒng)的中央處理器單元主要用來收集和處理從兩個溫度傳感器和流量傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并且將其顯示在液晶屏上和存儲至鐵電存儲器中。同時，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)實時發(fā)出控制信號，控制水泵的轉(zhuǎn)速和電加熱的時間。并且還具備RS-232串口通信的功能。

　　為了實現(xiàn)上述功能，設(shè)計中采用了PHILIPS公司的LPC2000系列的32位ARM處理器LPC2148作為嵌入式控制系統(tǒng)的處理器芯片。這款芯片支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU，標(biāo)準(zhǔn)JTAG調(diào)試接口，并帶有512KB的高速FLASH存儲器。超小LQFP64封裝，雙UART和SPI接口，不僅可以實現(xiàn)與上位機的RS-232通信，同時也支持了與液晶屏和鐵電存儲器的SPI通信。擁有45個高速GPIO，其中包括2個10位ADC，7個PWM功能引腳。十分適用于本系統(tǒng)的設(shè)計需求。

　　3.2 傳感器單元

　　溫度信號是由鎧裝溫度傳感器測量，經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流信號，但LPC2148這款芯片的A／D功能所處理的信號為0～2.5V的電壓信號，所以需要讓電流信號經(jīng)過一個電阻，即將溫度信號轉(zhuǎn)換成符合處理器A／D要求的信號，再經(jīng)過隔離、濾波、再隔離的過程輸入給處理器進行處理。此處的隔離是采用4路集成的放大器芯片LMV324搭建的射隨器，而濾波則是用電阻電容最簡單的一階低通濾波器，因為此處只需要濾除一些低頻的雜波信號而已，所以設(shè)計的頻率值為35Hz。

　　流量信號是由流量傳感器測量后發(fā)出的一個方波信號，需要測量方波信號的頻率得到當(dāng)前的流量數(shù)值。為了使信號的幅度穩(wěn)定以便處理器可以更好的識別高低電平，所以對其進行了整波的處理，此處選擇了雙路集成的比較器芯片LMV393。為了使比較器電壓反轉(zhuǎn)更穩(wěn)定，遲滯電壓為0.7V，基準(zhǔn)電壓2.5V的反相比較器。其電路原理如圖5所示。

　　3.3 驅(qū)動單元

　　驅(qū)動電路的功能是通過驅(qū)動芯片驅(qū)動直流水泵，這樣才能使處理器發(fā)出的PWM信號控制水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制流量的目的。同時，驅(qū)動單元上也集成了利用固態(tài)繼電器控制電加熱的功能。電加熱水箱的加熱方式是采用功率為1kW的電阻絲加熱，其工作電流比較大，所以才用了固態(tài)繼電器作為控制其開啟或關(guān)閉的器件。

　　直流水泵的工作電流比較大，所以驅(qū)動芯片選擇了Infineon公司的專用電機驅(qū)動芯片BTS7960S，最高的驅(qū)動電流可以達(dá)到43A，且其溝道電阻為16mΩ，靜態(tài)電流7μA。這款芯片不僅滿足水泵啟動時高達(dá)20～30A的啟動電流，很低的溝道電阻也有效降低了頻繁控制MOSFET管通斷造成通斷損耗發(fā)熱的問題。但是仍然在需要電路板上做一些散熱的處理，如在驅(qū)動芯片的下方鋪銅、打孔，起到散熱的作用。

　　4 結(jié)語

　　本文針對液體式高功率微波衰減器對衰減液溫度的嚴(yán)格要求，不僅分析了換熱的方式以及換熱器的選型與結(jié)構(gòu)計算，并且給出了嵌入式溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，實現(xiàn)了衰減液溫度的精密控制。