基于單片機(jī)控制的電熱爐溫控系統(tǒng)

張少杰

摘 要：本文主要利用基于單片機(jī)的電熱爐溫控系統(tǒng)，對(duì)其總電路和觸發(fā)線(xiàn)路進(jìn)行重新架構(gòu)，該系統(tǒng)主要包括REGHC51單片機(jī)、熱敏電阻、溫度檢測(cè)儀、電路轉(zhuǎn)換器、雙向晶閘管觸發(fā)及開(kāi)關(guān)電路。與傳統(tǒng)電熱爐溫控系統(tǒng)相比，具有操作方便、耐久度高、更易檢修、可靠性高和數(shù)據(jù)誤差小等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電熱爐；溫控系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）17-0073-02

Temperature Control System of Electric Heating Furnace based on

Single Chip Microcomputer Control

ZHANG Shaojie

Abstract： This paper mainly used the temperature control system of electric heating furnace based on single chip microcomputer， and restructured its total circuit and trigger circuit. The system mainly included REGHC51 single chip， thermistor， temperature detector， circuit converter， bidirectional thyristor trigger and switch circuit. Compared with the traditional electric stove temperature control system， the system has the advantages of convenient operation， high durability， easier maintenance， high reliability and small data error.

Keywords： single chip microcomputer；electric heating furnace；temperature control system

1 整體電路的系統(tǒng)架構(gòu)

整體電路系統(tǒng)架構(gòu)由REGHC51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)、溫度控制器、溫度傳感器、電路轉(zhuǎn)換器、溫度顯示器、聲光變阻器和晶閘管電路啟停裝置組成。主電路主要運(yùn)用晶閘管電路啟停裝置作為交流電源的控制開(kāi)關(guān)，控制整個(gè)電路的工作狀態(tài)，運(yùn)用陽(yáng)極電流的通斷影響極小的門(mén)極電流，解決了傳統(tǒng)溫控電路正中控制電爐絲接觸器的接觸點(diǎn)連接的黏性、損害、聲音大等不足[1]。

1.1 系統(tǒng)采用REGHC51單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)

采用REGHC51單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，基于其操作方便、組合方式靈活的特點(diǎn)，有利于提高溫度控溫的技術(shù)指標(biāo)，從而提高整個(gè)電路對(duì)溫度變化的靈敏性。該單片機(jī)程序會(huì)對(duì)三相電路產(chǎn)生的波動(dòng)數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷，按照不對(duì)稱(chēng)三相電路選擇VT1、VT2、VT3的額定電壓和電流參數(shù)。

1.2 主電路系統(tǒng)原理

普通的電熱爐溫度傳感器中的電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，一般是由交流電開(kāi)關(guān)觸發(fā)器決定電熱爐的電路通斷。交流電開(kāi)關(guān)觸發(fā)器由于電路的通斷頻率較大，導(dǎo)致溫度傳感器中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，進(jìn)而使電熱爐中的溫度存在較大變動(dòng)，這就與實(shí)際需求不相符。所以，該電熱爐系統(tǒng)中的主要電路用晶閘管電路啟停裝置取代傳統(tǒng)電熱爐中的交流電開(kāi)關(guān)觸發(fā)器，決定電熱爐中電路的通斷，晶閘管電路啟停裝置能根據(jù)電熱爐中電源加在爐絲上的電壓做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)，同時(shí)也滿(mǎn)足了日常生活中因?yàn)榻涣麟婇_(kāi)關(guān)觸發(fā)器中電路通斷頻率較大導(dǎo)致的電熱爐可靠性不會(huì)變低的要求，符合工件熱處理工藝的要求。

2 溫控系統(tǒng)原理

溫控系統(tǒng)可以根據(jù)溫度變化的信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波傳感器的處理后做出相應(yīng)的電壓變化。與普通的溫控電路相比，此系統(tǒng)對(duì)溫度產(chǎn)生變化的波動(dòng)會(huì)更加靈敏，不會(huì)因?yàn)槎虝r(shí)間內(nèi)溫度變化率較高導(dǎo)致的溫度傳感不靈敏，導(dǎo)致電熱爐上的電壓不穩(wěn)定，容易破壞本系統(tǒng)電路原來(lái)的動(dòng)態(tài)平衡，使電路中電源加在電熱爐上的電壓產(chǎn)生質(zhì)變。這也就間接性導(dǎo)致?tīng)t絲的工作功率會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大變化，對(duì)爐絲的損耗程度會(huì)加劇，與工件熱處理工藝的要求是不相符的。

爐溫的熱電偶電勢(shì)傳遞過(guò)程有以下幾步。第一步，爐溫的熱電偶電勢(shì)傳遞經(jīng)過(guò)冷端補(bǔ)償器進(jìn)行冷端補(bǔ)償后，會(huì)被直接送入預(yù)先設(shè)計(jì)好的運(yùn)算放大電路中，相比普通的爐溫?zé)犭娕茧妱?shì)傳遞過(guò)程中的第一步要先進(jìn)行電路電位補(bǔ)充，時(shí)間要快得多，這也就大大提高了爐溫的熱電偶電勢(shì)傳遞效率和可靠性。第二步，將經(jīng)過(guò)冷端補(bǔ)償器進(jìn)行冷端補(bǔ)償后的熱電偶電勢(shì)信號(hào)連接到轉(zhuǎn)換電路，由原來(lái)的熱電偶電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電路電壓及電流變化。第三步，經(jīng)過(guò)REGHC51單片機(jī)的處理，由原來(lái)的溫度常量轉(zhuǎn)化為能顯示爐溫的數(shù)字信號(hào)，爐溫的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器的濾波、代數(shù)處理、高低標(biāo)度的調(diào)換和周期頻率轉(zhuǎn)化等一系列對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理，能顯示在電熱爐的發(fā)光二極管上。REGH51單片機(jī)對(duì)此數(shù)字信號(hào)與人為設(shè)定好的溫度信號(hào)做出對(duì)比、調(diào)節(jié)，調(diào)高和調(diào)低電源加在爐絲上的電壓，進(jìn)而改變熱電爐的功率大小。REGH51單片機(jī)調(diào)過(guò)通角對(duì)晶閘管電路啟停裝置進(jìn)行有效控制，從而調(diào)節(jié)三相交流電中對(duì)電流功率大小的控制，調(diào)節(jié)溫度的大小。

3 晶閘管電路啟停裝置

溫控系統(tǒng)的三相電壓U1、U2、U3（220V，50Hz）經(jīng)分壓得到較低的三相電壓UA、UB、UC，然后連接到光電耦合傳感器，經(jīng)過(guò)光電耦合傳感器的處理就可以對(duì)三相電路的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)，進(jìn)而得到周期為10ms，REGHC51可處理的脈沖信號(hào)，此信號(hào)與REGHC51單片機(jī)的開(kāi)始信號(hào)一致，經(jīng)過(guò)三相電路的反向處理器后，再一次送入REGHC51單片機(jī)的輸入端口，并設(shè)置為脈沖信號(hào)的上升沿有效，開(kāi)啟中斷，啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，其中設(shè)定的時(shí)間由電熱爐的爐絲溫度和外界預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間決定，并且應(yīng)注意定義的引腳，明確晶閘管電路啟停裝置的邏輯電平的大小，若為1，該溫控系統(tǒng)中的晶閘管電路啟停裝置不導(dǎo)電；若為0，該溫控系統(tǒng)中的晶閘管電路啟停裝置導(dǎo)電，對(duì)單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展方式為定義引腳中斷方式和整體查詢(xún)方式相結(jié)合的辦法。在對(duì)三相電路中的過(guò)零脈沖處理的過(guò)程中，應(yīng)注意三極管的集電極的連接方式，CTA、CTB、CTC經(jīng)3個(gè)集電極開(kāi)路非門(mén)（OC門(mén)）組成線(xiàn)或關(guān)系送輸入端端口，對(duì)整體查詢(xún)的方式為順序，依次為CTA、CTB、CTC，進(jìn)而處理好三相電路發(fā)出的不同信號(hào)，確定其中的哪一部分請(qǐng)求中斷。

3.1 晶閘管電路啟停裝置

晶閘管電路中二極管上的電壓大小取決于電壓與電阻的比值，且與二極管的連接方式為反向并聯(lián)。根據(jù)交流電壓的周期性可以清楚看到其幅值大小，其滿(mǎn)足交流電壓的周期范圍的條件。兩個(gè)二極管并聯(lián)導(dǎo)電，從而使光敏三極管也連接晶閘管電路啟停裝置中的過(guò)零電路，在交流數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)過(guò)零處理時(shí)，兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管不連接過(guò)零電路，所以輸出信號(hào)為1，則輸出端得到的過(guò)零信號(hào)的周期為10ms，脈沖的頻帶寬度由過(guò)零電路中的分壓電阻決定，與其所串聯(lián)的分壓電阻的阻值成正比。由于光電二極管承受的電壓電流有限，所以，其中過(guò)零電路中的發(fā)光二極管的電流不應(yīng)高于2.8mA，U1的晶閘管電路啟停裝置的過(guò)零電路與U1、U2相同。

3.2 U1相觸發(fā)電路

U1的晶閘管電路啟停裝置的過(guò)零電路與U1、U2相同，輸入端的發(fā)光二極管因具有單向?qū)щ娦?，所以發(fā)光二極管只會(huì)在加載正向電流時(shí)才會(huì)導(dǎo)通，其中發(fā)光二極管的導(dǎo)通電流范圍為5～15mA，當(dāng)打開(kāi)輸入端的硅光開(kāi)關(guān)時(shí)，LED兩端的電壓會(huì)突然減少至極低值，電路的電壓值與開(kāi)路電壓值接近，晶閘管電路啟停裝置才會(huì)打開(kāi)，U1、U2、U3的晶閘管電路啟停裝置過(guò)零電路中的兩個(gè)端口在電路中的穩(wěn)定狀態(tài)下不會(huì)產(chǎn)生函數(shù)關(guān)系，為了使整個(gè)電路不會(huì)因?yàn)橥饨缃涣麟姷淖兓a(chǎn)生短路或者開(kāi)路，應(yīng)該加裝限流電阻。為了使整個(gè)電路穩(wěn)定工作，在正常的電壓電流下不因受外界的干擾影響整個(gè)電路的穩(wěn)態(tài)，應(yīng)該加裝晶閘管門(mén)極電阻，提高整個(gè)電路的抗干擾能力。為了使每個(gè)部分連接電路的阻值不受其他外界條件的變化而變化，應(yīng)加裝阻容吸收網(wǎng)格。

4 結(jié)語(yǔ)

電熱爐溫控系統(tǒng)利用REGHC51單片機(jī)，基于傳統(tǒng)的溫度測(cè)控電路系統(tǒng)，重新加裝了晶閘管電路啟停裝置對(duì)溫度進(jìn)行柔性控制，提高了熱爐的輸出效率，更加完善了整個(gè)加熱裝置的可控性，使熱爐的可靠性隨之增加，有著更強(qiáng)的抗干擾能力。電熱爐的溫控系統(tǒng)高熱處理產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)成本制制精度高、可靠性好、控制功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高和使用方便的特點(diǎn)，使其在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]成繼勛，周少武等微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011.