基于ARM控制器的滲炭爐溫度控制系統的設計

2.5 PWM定時器接口

本設計采用PWM脈沖發送給三相可控硅信號來控制晶閘管的關斷，通常是通過輸入通道將溫度傳感器感受到的被控對象(當前溫度)轉變為數字量并輸入到控制器中，控制器求出輸入的當前溫度值與設定值的偏差，并根據該偏差進行自適應的模糊，PID運算，最后根據PID運算的結果，通過功率調節電路改變給定周期內加熱絲的通電時間來實現對溫度的控制。用PWM輸出脈沖調節功率的實質是利用占空比的調節來改變加熱絲的平均功率。功率調節電路是控制系統的執行機構，要求能根據

需要對輸出功率進行精確的調節，它是系統中最關鍵的組成部分之一，也常常是故障率最高的部分。

這里選用過零調壓的方法，因為這樣可以減少諧波干擾。由于PWM的頻率很大、變化周期很短，故選用PWM脈沖頻率為40Hz，占空比為O.8，這樣可增加周期長度，進而更加有利于對溫度變化的控制。

2.6 熱電偶冷端溫度測量

由于熱電偶的冷端溫度隨著環境溫度的變化而變化，所以需要對熱電偶的冷端溫度進行補償。在有的設計中直接在熱電偶測溫電路中用電橋法補償，但需要經常校準，比較麻煩。本文實時測量熱電偶的冷端環境溫度，用軟件的方法進行補償。

用MAX876產生IOV精密電壓基準，輸出誤差為±7mV，配合OP07產生lOmA恒流源，運算放大器工作在開環狀態，由于同相端和反相端的壓差幾乎為零，運算放大器的偏置電流可以忽略不計，所以產生lOmA的電流通過100Ω的鉑電阻。查鉑熱電阻(Ptl00)的分度表可知，0℃為100Ω，加℃為107.79Ω，大約每升高1℃，熱電阻的阻值增加為0.39Ω，那么熱電阻的電壓變化為0.0039V。而s3c44BOX內置10位A/D轉換器，基準電壓為2.5V，分辨率為0.00244V，所以10位A/D轉換器能滿足精度要求。具體如圖9所示。

冷端溫度測量的輸出接在S3C44BOX的A/D轉換器的AIN0通道上。

2.7 系統時鐘與復位電路設計

系統CPU外部晶振頻率為8MHz，由于S3C44BOX內部有鎖相環，CPU主頻可幾倍于外部晶振(CPU主頻可通過軟件設定)。用于系統實時時鐘的備用鋰(Li)電池電源，系統實時時鐘頻率為32.726kHz。

系統內部有看門猗電路，可以通過軟件設定看門狗時間。但是為了系統的可靠性。設計了系統的硬復位電路，它通過斯密特74hel4觸發器復位。

3 溫度控制系統的軟件設計

3.1 主控模塊及其功能

主控模塊程序主要由S3C44BOX的初始化程序、定時器的初始化程序以及一個循環控制結構組成。

程序開始執行時，首先設置堆棧指針，建立一個軟件堆棧區;由于S3C44BOX的I/O口多為復用模式，因此需要對I/O口控制寄存器進行設置，選擇工作方式;程序還需要設置內置看門狗，以保障軟件的可靠運行。CPU的高速輸出器HSO用于按程序設定的時間產生中斷，這就是軟件定時器。系統采用軟件定時器中斷，以定時器1作為時間基準，對HSO寄存器進行設置，同時對外圍芯片及觸摸屏顯示器進行初始化。其程序流程圖如圖10所示。

3.2 中斷服務模塊

系統中利用一個軟件定時器來產生定時中斷，它決定了模糊控制算法的采樣速率。圖11是軟件定時器中斷服務程序的流程圖，該程序是控制系統的核心軟件，完成A/D采樣、濾波、數據處理、越限報警等任務，同時確定操作方式(手動或自動)，根據要求調用相應的控制算法，通過算法獲得所要求的控制電壓去驅動三相可控硅觸發，最后返回主程序。各功能由相應的功能模塊來完成。

本課題為遼寧省阜新市阜煤集團熱處理分廠的多個溫控爐改造項目中的一部分。將本控制系統安裝在滲碳爐上，在各種工況下對試件進行滲碳，通過滲碳結果分析，表明完全滿足改造要求：(1)溫控系統改造后，工作最高溫度950℃，爐溫均勻性≤±3℃，控溫精度≤±1.5℃。(2)加裝滲碳部分的自動控制系統，碳勢控制精度≤±0.05%。(3)加熱器換新，爐襯修復等。