嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)衰減液的溫度控制

　　3 溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　控制系統(tǒng)采集兩個(gè)溫度信號(hào)以及流量信號(hào)，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(shí)間，進(jìn)而達(dá)到了控制溫度的目的。同時(shí)，也將實(shí)時(shí)測(cè)量的溫度及流量數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，并存儲(chǔ)至鐵電存儲(chǔ)器中，這樣可以通過RS-232串口傳送給計(jì)算機(jī)，以便針對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)再進(jìn)行更深的分析和處理。并且，控制系統(tǒng)也對(duì)電加熱水箱的加熱功能進(jìn)行控制，使整個(gè)系統(tǒng)可以預(yù)熱，達(dá)到了開機(jī)即可運(yùn)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(gè)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(chǔ)至鐵電存儲(chǔ)器中。同時(shí)，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)出控制信號(hào)，控制水泵的轉(zhuǎn)速和電加熱的時(shí)間。并且還具備RS-232串口通信的功能。

　　為了實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)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(chǔ)器。超小LQFP64封裝，雙UART和SPI接口，不僅可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的RS-232通信，同時(shí)也支持了與液晶屏和鐵電存儲(chǔ)器的SPI通信。擁有45個(gè)高速GPIO，其中包括2個(gè)10位ADC，7個(gè)PWM功能引腳。十分適用于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

　　3.2 傳感器單元

　　溫度信號(hào)是由鎧裝溫度傳感器測(cè)量，經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換成4～20mA的電流信號(hào)，但LPC2148這款芯片的A／D功能所處理的信號(hào)為0～2.5V的電壓信號(hào)，所以需要讓電流信號(hào)經(jīng)過一個(gè)電阻，即將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合處理器A／D要求的信號(hào)，再經(jīng)過隔離、濾波、再隔離的過程輸入給處理器進(jìn)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(jiǎn)單的一階低通濾波器，因?yàn)榇颂幹恍枰獮V除一些低頻的雜波信號(hào)而已，所以設(shè)計(jì)的頻率值為35Hz。

　　流量信號(hào)是由流量傳感器測(cè)量后發(fā)出的一個(gè)方波信號(hào)，需要測(cè)量方波信號(hào)的頻率得到當(dāng)前的流量數(shù)值。為了使信號(hào)的幅度穩(wěn)定以便處理器可以更好的識(shí)別高低電平，所以對(duì)其進(jìn)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(dòng)單元

　　驅(qū)動(dòng)電路的功能是通過驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)直流水泵，這樣才能使處理器發(fā)出的PWM信號(hào)控制水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制流量的目的。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片選擇了Infineon公司的專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片BTS7960S，最高的驅(qū)動(dòng)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(dòng)時(shí)高達(dá)20～30A的啟動(dòng)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(dòng)芯片的下方鋪銅、打孔，起到散熱的作用。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文針對(duì)液體式高功率微波衰減器對(duì)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(jì)算，并且給出了嵌入式溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了衰減液溫度的精密控制。