电阻炉温度控制系统设计(7)

四川理工学院本科毕业（设计）论文

压的正极，该端需经外部在VCC和GND之间用0.1μF电容器接地。MAX6675与AT89S51微控制器的接口电路如图2-5所示[7]。

VCC4VCCMAX6675C40.1uF1GND32T+T-NCSOCSSCK87651234567891011121314151617181920P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4AT89S51P1.5P1.6P1.7RSTP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPPALEPSENP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A84039383736353433323130292827262524232221图2-5 MAX6675与AT89S51微控制器接口电路

在应用中，MAX6675的主要功能如下：[6] 1.温度变换

MAX6675内部具有将热电偶信号转换为与ADC输入通道兼容电压的信号调节放大器，T+和T-输入端连接到低噪声放大器A1，以保证检测输入的高精度，同时使热电偶连接导线与干扰源隔离。热电偶输出的热电势经低噪声放大器A1放大，再经过A2电压跟随器缓冲后，被送至ADC的输入端。在将温度电压值转换为相等价的温度值之前，它需要对热电偶的冷端温度进行补偿，冷端温度即是 MAX6675 周围温度与 0℃实际参考值之间的差值。对于 K型热电偶，电压变化率为41μV/℃，电压可由线性公式 Vout=（41μV/℃）×（tR－tAMB）来近似热电偶的特性。上式中，Vout为热电偶输出电压（mV），tR是测量点温度；tAMB是周围温度。 2.冷端补偿

热电偶的功能是检测热、冷两端温度的差值，热电偶热节点温度可在0℃～+1023.75℃范围变化。冷端即安装 MAX6675的电路板周围温度，此温度在-20℃～+85℃范围内变化。当冷端温度波动时，MAX6675仍能精确检测热端的温度变化。

MAX6675是通过冷端补偿检测和校正周围温度变化的。该器件可将周围温度通过内部的温度检测二极管转换为温度补偿电压，为了产生实际热电偶温度测量

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值，MAX6675 从热电偶的输出和检测二极管的输出测量电压。该器件内部电路将二极管电压和热电偶电压送到 ADC中转换，以计算热电偶的热端温度。当热电偶的冷端与芯片温度相等时，MAX6675可获得最佳的测量精度。因此在实际测温应用时，应尽量避免在MAX6675附近放置发热器件或元件，因为这样会造成冷端误差。 3.热补偿

在测温应用中，芯片自热将降低MAX6675温度测量精度，误差大小依赖于 MAX6675封装的热传导性、安装技术和通风效果。为降低芯片自热引起的测量误差，可在布线时使用大面积接地技术提高MAX6675温度测量精度。 4.噪声补偿

MAX6675的测量精度对电源耦合噪声较敏感。为降低电源噪声的影响，可在 MAX6675的电源引脚附近接入1只0.1μF陶瓷旁路电容。 5.SPI串行接口

MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与MCU接口，且MAX6675只能作为从设备。SPI总线串行接口有3个引脚:SCK,SO和CS。将片选端CS设置成低电平时，该片MAX6675即被选中。在串行时钟SCK的下降沿，即可从SO端读取12 位的温度转换数据。MAX6675 SPI接口时序如图2-6所示。

图2-6 MAX6675 SPI接口时序

MAX6675从SPI串行接口输出数据的过程如下：MCU使CS变低并提供时钟信号给SCK，由SO读取测量结果。CS变低将停止任何转换过程；CS变高将启动一个新的转换过程。一个完整串行接口读操作需16个时钟周期，在时钟的下降沿读16个输出位，第1位和第15位是一伪标志位，并总为0；第14位到第3位为以MSB到LSB顺序排列的转换温度值；第2位为热电偶开路检查位，当D2=1时表明热电偶开路。第2位平时为低，当热电偶输入开放时为高，开放热电偶检

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测电路完全由MAX6675实现，为开放热电偶检测器操作，T-必须接地，并使接地点尽可能接近GND脚；第1位为低以提供MAX6675器件身份码，代表MAX6675的产品序列(ID)号，该位恒等于0。第0位为三态输出位。

2.4 输出通道设计

输出通道主要是由晶闸管组成的温度控制电路。

2.4.1 电阻炉的功率调节方式

目前多数温控系统均采用晶闸管来实现功率调节。晶闸管调功控温具有不冲击电网，对用电设备部产生干扰等优点，是一种应用广泛的控温方式。所谓调功控温就是在给定的周期内控制晶闸管的导通时间，从而改变加热功率，来实现温度调节。设采取（控制）周期为T，在T周期内工频交流电的半波数位N，如全导通时额定加热功率为PH ,则实际的平均加热功率P与T周期内实际导通的半波数n成正比，即

P=n PH/N （2-4）

晶闸管的控制模式有两种:相位控制和零位控制(分配式零位控制、时间比例零位控制)[8]。

(l)相位控制:作用于每一个交流正弦波，改变正弦波每个正半波和负半波的导通角来控制电压的大小，进而可以调节输出电压和功率的大小。采用相位制模式的晶闸管控制器可以叫做调压器，它可以方便的调节电压有效值，可用于电炉温度控制、灯光调节、异步电机降压软启动和调压调速等。

(2)零位控制:在设定的周期内，触发信号使主回路接通几个周波(几个整的正弦波)，再断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内的通断时间比例，以调节负载上的交流电的平均功率，即可达到调节负载功率的目的。根据输出电压分布的不同，零位控制又分为分配式零位控制(在Tc周期内根据输出百分比平均分布周波)和时间比例零位控制(在双周期内根据输出百分比连续接通几个周波，然后在Tc周期剩余的时间内连续关断几个周波)。它多用于大惯性的加热器负载，采用这种控制，既实现了温度控制，又消除了相位控制时带来的高次谐波污染电网。

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本系统采用分配式零位控制的模式，控制电阻炉的加热电阻的平均加热功率，进而控制电阻炉的温度。

2.4.2 晶闸管输出电路

晶闸管是一种功率半导体器件，简称SCR，也称晶闸管。它分为单向晶闸管和双向晶闸管，在微机控制系统中，可作为功率驱动器件。晶闸管具有控制功率小、无触点、长寿命等优点，在交流电机调速、调功、随动等系统有着广泛的应用。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管反向并联。双向晶闸管与单向晶闸管的区别是:[9]

(l)它在触发之后是双向导通；

(2)在控制极上不管是加正的还是负的触发信号，一般都可以使双向晶闸管导通。

因此双向晶闸管特别适合用作交流无触点开关。

本系统中与晶闸管配套使用的是MOC3041光电耦合双向晶闸管驱动器，如图2-7所示。与一般的光耦器件不同之处是MOC3041输出部分是硅光敏双向晶闸管，还带有过零触发检测器，以保证电压接近零时触发晶闸管。

图2-7 MOC3041引脚排列

利用MOC3041构成的晶闸管驱动电路如图2-8所示。

BUFFERVCCR31K16R41KR61K2MOC60415TRIAC34R51KC5100PFAC 220V加热器

图2-8 晶闸管驱动电路

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R6、C5为吸收电路，并接在功率晶闸管的阳极和阴极之间，起保护作用。因为负载若为感性，晶闸管通、断时会产生较大的反电动势，可能引起晶闸管的损坏，在相关电路上并联吸收电路后，就能削弱高的瞬时电压，从而保护晶闸管。一般R6、C5取值靠经验确定，暂无一套完整的计算方法。经验公式如下： …… 此处隐藏：1596字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……