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單片機(jī)在溫度控制中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-03-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 前言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/171852.htm

單片微型計(jì)算機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的,由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn),所以廣泛于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域,使產(chǎn)品小型化、智能化,既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量,又降低了成本,簡化了設(shè)計(jì)。本文主要介紹中的

東風(fēng)汽車公司變速箱廠熱工科無罐爐,主要用于變速箱齒輪、軸類零件的滲碳熱處理工序。原來用XWB型自動(dòng)平衡記錄儀控制溫度,二位式控溫方式,使得具有大慣量性的無罐爐溫度波動(dòng)大,誤差達(dá)±10℃左右。并且儀表使用環(huán)境教惡劣,油煙、灰塵常使儀表的機(jī)械傳動(dòng)部分卡死,不但維修工作量大,而且產(chǎn)品質(zhì)量不易保證。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,汽車工業(yè)不斷壯大,產(chǎn)品市場競爭激烈,優(yōu)勝劣汰。由此,我們經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)研和設(shè)計(jì),尋求了一種更好的控溫方法,亦即本文介紹的 WDY-1溫控儀取代XWB型自動(dòng)平衡記錄儀。

2 WDY-1溫度儀介紹

該儀器采用美國Intel公司八位作為控制核心,配以其他進(jìn)口集成電路,加上精心對(duì)軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了儀表智能化。可與熱電偶、熱電阻等傳感器配合使用,對(duì)0~1600℃范圍內(nèi)的各種電加熱爐的溫度進(jìn)行精密測(cè)量,同時(shí),四位LED顯示器直接跟蹤顯示被控對(duì)象的溫度值,準(zhǔn)確度高,顯示清晰,穩(wěn)定可靠,使用方便。

WDY-1溫控儀原理框圖如圖1所示。整個(gè)儀表的工作原理是:由8031控制,按預(yù)先編制的程序定時(shí)對(duì)熱電偶信號(hào)(即被測(cè)信號(hào))進(jìn)行采樣,并自動(dòng)進(jìn)行零漂校正,最后顯示所測(cè)溫度值,同時(shí)按設(shè)定值、所測(cè)溫度值、溫度變化速率,自動(dòng)進(jìn)行PID參數(shù)自整定和運(yùn)算,并輸出0~10mA控制電流,配以主回路實(shí)現(xiàn)溫度的控制。

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3 WDY-1溫控儀的測(cè)量及控制作用

該溫控儀屬智能化儀表,測(cè)量精度0.2級(jí),顯示分辨率1℃,控制精度0.5級(jí),控制方式為PID算法,設(shè)定方式為直接溫度值設(shè)定,同時(shí)具有超溫及斷偶報(bào)警,因而內(nèi)部的電路比較多,下面就該測(cè)量儀中主要電路及各個(gè)環(huán)節(jié)的作用予以介紹。

1) 熱電偶

型號(hào) WRN,分度號(hào)K,測(cè)溫范圍0~1300℃,可以長時(shí)間工作在0~1000℃,短時(shí)間工作到1300℃,是一種測(cè)量溫度信號(hào)的傳感器,其正極是鎳锘合金,負(fù)極是鎳硅合金。使用時(shí)直接按要求放進(jìn)無罐爐,鎳锘-鎳硅作為一種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,在測(cè)取熱電勢(shì)時(shí),其冷端溫度T0=0℃(實(shí)際中要通過補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)),根據(jù)測(cè)得的熱電勢(shì)通過查表,可以直接讀出熱端溫度值??梢?,熱電偶在爐中的位置并不是任意的,其熱端所處的位置必須準(zhǔn)確反映爐溫。另外,熱電偶性能的好壞直接影響熱處理工件的質(zhì)量,因此,必須定期對(duì)熱電偶進(jìn)行檢查、更換。

2) 預(yù)處理電路

其作用包括:對(duì)熱電偶信號(hào)的冷端補(bǔ)償;斷偶報(bào)警保護(hù);三極濾波。電路組成見圖2,圖中冷端補(bǔ)償電路主要為一直流電橋,Rt為銅電阻,是一標(biāo)準(zhǔn)熱電阻,當(dāng)溫度變化時(shí),Rt的阻值將發(fā)生變化,因此把Rt放置在熱電偶的冷端,讓其感受冷端溫度的變化。當(dāng)溫度=0℃時(shí),橋壓輸出U0=0V,如果溫度升高,則Rt變大,使橋壓輸出大于零,由此橋壓的輸出值即熱電偶冷端溫度所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)。斷偶報(bào)警通過8031輸出控制四位LED顯示器同時(shí)閃爍顯示“E”或蜂鳴器報(bào)警(電路未畫)。

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3) 放大及切換電路

由4066B四雙向開關(guān)和兩級(jí)運(yùn)算放大器組成。首先,在8031的控制下,模擬地信號(hào)經(jīng)兩級(jí)放大后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換,在8031內(nèi)完成模擬地和數(shù)字地的轉(zhuǎn)換。然后,參考電壓輸入放大,送到A/D轉(zhuǎn)換器,為測(cè)熱電偶信號(hào)做好準(zhǔn)備,最后熱電偶信號(hào)輸入放大,送A/D轉(zhuǎn)換??梢?,該電路的作用是:把熱電偶拾取的信號(hào)放大,以及把模擬地在單片機(jī)的控制下轉(zhuǎn)換為數(shù)字地。

4) 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

由4066B四雙向開關(guān)和LM358低功耗雙運(yùn)算放大器組成。轉(zhuǎn)換原理是雙積分式轉(zhuǎn)換,整個(gè)過程分為三個(gè)階段,(1)休止期:消除積分器上的零偏電壓。(2)積分期:將放大后的模擬電壓信號(hào)在時(shí)間T1(T1為定值)內(nèi)積分;(3)反積分期:對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓反向積分,這樣就將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔,最后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器將此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)[1]。

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