电阻炉炉温自动控制系统(4)

键盘：是人工设定时间、温度等的输入通道，单片机I/O口控制，通过键盘录入设定时间，设定温度，有的按键在不同情况下可以实现不同的功能。

温度控制电路：在设定温度与反馈过来的电阻温度出现偏差，单片机触发温度控制电路，调节电阻炉的炉温，直至达到生产想要的温度。

第三章 控制部分电路的设计

3.1 温度检测电路

要想对中厚板厂加热电阻炉的炉温进行控制，首先得先对电阻炉的温度进行检测，这就需要选择一个合适的传感器，本系统采用的K型（镍铬-镍硅）热电偶对电阻炉的温度进行测量，其可测量1312摄氏度以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器-滤波器-放大器-冷端补偿-线性化处理-A/D转换”模式，转换过程多、电路复杂、精度低。在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势-温度”的转换，不需要外围电路、I/O接线简单、精度高、成本低。MAX6675封装在SO-8脚的芯片中，推荐工作电压为单一+5V直流电压，连续工作时的功耗仅为47.1mW，电流为50mA，体积不大，不利散热的专职条件下使用。

MAX6675工作原理和功能：根据热电偶测温原理，热电偶的输出热电势不仅与测量端的温度有关，而且与冷端的温度有关，使用硬件电路进行冷端补偿时，虽能部分改善测量进度，但由于热电偶使用的不同及硬件电路本身的局限性，效果不明显；而使用元件补偿，通常是使用微机处理机表格法或线性电路等方法来减小热电偶本身非线性开来的测量误差，但同时也增加了程序编制及调试电路的难度。MAX6675对其内部元器件参数进行了激光修正，从而对热电偶的非线性进行了内部修正。同时芯片内部集成的冷端补偿电路、非线性校正电路、断藕检测电路都给K型热电偶的使用带来了极大的方便。

当MAX6675的引脚从高电平变为低电平时，MAX6675将停止任何信号的转换并在时钟SCK的作用下通过SO引脚向外输出已转化的数据（此数据是经过放大了的A/D转换后的数字量与冷端补偿之和）；相反，当从低电平便会高电平时，MAX6675将进行新的专函，在引脚从高电平变为低电平时，第一个字节D15出现在引脚SO上，一个完整的数据过程需要16个时钟周期，数据的读取通常在SCK

的下降沿完成。值得指出的是此芯片的A/D转换速度在0.17-0.22之间，转换的时间稍微长一些。

引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 GDN T- T+ VCC SCK CS SO NC 功能 接地端 热电偶负极（使用时接地） 热电偶正极 电源端 串行时钟输入端 片选信号 数据串行输出端 悬空不用 表3.1 MAX6675的引脚功能图

MAX6675是MAXIM公司开发的K型热电偶转换器、集成了滤波器、放大器等，并带有热电偶短信检测电路，自带冷端补偿，能将K型热电偶输出的电势转换成12位数字量，分辨率0.25摄氏度。温度数据通过SPI端口输出给单片机，其冷端补偿的范围是-20—80摄氏度，测量范围是0—1023摄氏度。表3.1为MAX6675的引脚功能图

图3.2 温度检测电路图

图3.2为本系统的温度检测电路图。当P2.5为低电平且P2.4口长生时钟脉冲时，MAX6675的SO脚输出转换数据。在每一个脉冲信号的下降沿输出一个数据，16个脉冲信号完成一串完整的数据输出，先输出高点位D15，最后输出的是

低电位D0，D14-D3为相应的温度转换数据。当P2.5为高电平时，MAX6675开始进行新的温度转换。在应用MAX6675时，应该注意将其布置在原理其他I/O芯片的地方，以降低电源噪声的影响；T+端接热电偶的测量端，T-端接热电偶的冷端，MAX6675的T-端必须接地，而且和该新品的电源都是模拟地，不要和数字地混淆而影响芯片读书的准确性。电阻炉的温度用热电偶测得，经过热电偶将测得的温度信号转换成毫伏级电压信号，经MAX6675芯片T端进入芯片转换成数字信号经SO（数据串行输出端）进入单片机进行控制处理。 3.2 时钟电路

图3.4 时钟电路图

在系统中需要准确显示升温时间、恒温时间等，因而选用了时钟芯片DS12887构成定时电路来完成对时间的准确计时。DS12887具有时钟、闹钟、12/24小时选择和闰年自动补偿功能，包含有10B的时钟控制寄存器，4B的状态寄存器和114B的通用RAM具有可编程方波输出功能，报警中断、周期性中断、时钟更新中断可由软件屏蔽或测试。使用时不需任何外围电路，并具良好的外围接口。在本系统中，DS12887的地址/数据复用总线与单片机的P0口相连。通过定时器

中断，CPU每隔0.4秒读一次DS12887的内部时标寄存器，得到当前的时间，并送到液晶显示器进行显示。每当电阻炉从一个状态转入另一个状态，CPU通过DS12887把时间清零，重新开始计时。此外，通过DS12887，还可以设定电阻炉的加热时间和恒温时间。电路图如图3.4所示 3.3 键盘显示电路

对于温控系统来说，一个完整的系统不能缺少的就是人机对话，键盘是人机对话的重要窗口，电阻炉的温度需要显示出来供工作人员记录参考，所以需要LED来显示电阻炉的当前温度，通过键盘人工设定温度，显示器显示电阻炉的实时温度。LED数码管由发光二极管组成并封装在一个标准的外壳中，有8字形和米字形两种字形显示，各有共阳极和共阴极两种。发光二极管导通压降为1.2V-1.8V，正向工作电流为2mA-15mA。在显示驱动方式中，采用动态扫描。用键盘输入电阻炉要达到的温度，通过反驱动电路进入单片机，控制温度上升，显示器显示实时温度，以便观察。图3.5所示 8155各引脚的功能：

地址/数据线AD0-AD7（8条）：

是低8位地址线和数据线的共用输入总线，常和单片机的P0

口相连，用于分时传送地址和数据；

PA0-PA7、PB0-PB7：

为A、B口线，用于和外设之间传递数据； PC0-PC5：

为C端口线，既可与外设传送数据，也可以作为A、B口的控制

联络线；

CS： 片选线，低电平有效。

RESET： 复位线，通常与单片机的复位端相连。 ALE： 地址锁存线，高电平有效。 RD和WR： 读/写线，控制8155的读/写操作。 VCC： 电源端 GND： 接地端

AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB08155PC2PC1PC0PA5PA4PA3PA2PA1PA074LS071711516104数码管显示器1593148213711260100Ωx8+5V74LS065.1Ωx3ALERDWRCE图3.5键盘显示电路

3.4 控温电路

当电阻炉达到所设定的温度时，或者电阻炉的温度在设定温度上下不能达到设定温度时，控温电路开始工作，温度控制电路通过控制固态继电器的通断时间来控制电阻炉的功率。当温度高于所设定的温度是，单片机通过驱动MC1413驱动报警。MC1413是摩托罗拉公司出品的高耐压、大电流达林顿陈列反向驱动器，由七个硅NPN达林顿管组成。MC1413的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。MC1413工作电压高，工作电流大，灌电流可以达到500mA,并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

控温电路包括驱动芯片MC1413、过零型交流固态继电器（Z型SSR）。交流220V的SSR，选用MYH12-430V的压敏电阻保护电路，报警和控温电路如图3.6所示。

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