基于ARM控制器的渗炭炉温度控制系统的设计

2.5 PWM定时器接口

本设计采用PWM脉冲发送给三相可控硅信号来控制晶闸管的关断，通常是通过输入通道将温度传感器感受到的被控对象(当前温度)转变为数字量并输入到控制器中，控制器求出输入的当前温度值与设定值的偏差，并根据该偏差进行自适应的模糊，PID运算，最后根据PID运算的结果，通过功率调节电路改变给定周期内加热丝的通电时间来实现对温度的控制。用PWM输出脉冲调节功率的实质是利用占空比的调节来改变加热丝的平均功率。功率调节电路是控制系统的执行机构，要求能根据

需要对输出功率进行精确的调节，它是系统中最关键的组成部分之一，也常常是故障率最高的部分。

这里选用过零调压的方法，因为这样可以减少谐波干扰。由于PWM的频率很大、变化周期很短，故选用PWM脉冲频率为40Hz，占空比为O.8，这样可增加周期长度，进而更加有利于对温度变化的控制。

2.6 热电偶冷端温度测量

由于热电偶的冷端温度随着环境温度的变化而变化，所以需要对热电偶的冷端温度进行补偿。在有的设计中直接在热电偶测温电路中用电桥法补偿，但需要经常校准，比较麻烦。本文实时测量热电偶的冷端环境温度，用软件的方法进行补偿。

用MAX876产生IOV精密电压基准，输出误差为±7mV，配合OP07产生lOmA恒流源，运算放大器工作在开环状态，由于同相端和反相端的压差几乎为零，运算放大器的偏置电流可以忽略不计，所以产生lOmA的电流通过100Ω的铂电阻。查铂热电阻(Ptl00)的分度表可知，0℃为100Ω，加℃为107.79Ω，大约每升高1℃，热电阻的阻值增加为0.39Ω，那么热电阻的电压变化为0.0039V。而s3c44BOX内置10位A/D转换器，基准电压为2.5V，分辨率为0.00244V，所以10位A/D转换器能满足精度要求。具体如图9所示。

冷端温度测量的输出接在S3C44BOX的A/D转换器的AIN0通道上。

2.7 系统时钟与复位电路设计

系统CPU外部晶振频率为8MHz，由于S3C44BOX内部有锁相环，CPU主频可几倍于外部晶振(CPU主频可通过软件设定)。用于系统实时时钟的备用锂(Li)电池电源，系统实时时钟频率为32.726kHz。

系统内部有看门猗电路，可以通过软件设定看门狗时间。但是为了系统的可靠性。设计了系统的硬复位电路，它通过斯密特74hel4触发器复位。

3 温度控制系统的软件设计

3.1 主控模块及其功能

主控模块程序主要由S3C44BOX的初始化程序、定时器的初始化程序以及一个循环控制结构组成。

程序开始执行时，首先设置堆栈指针，建立一个软件堆栈区;由于S3C44BOX的I/O口多为复用模式，因此需要对I/O口控制寄存器进行设置，选择工作方式;程序还需要设置内置看门狗，以保障软件的可靠运行。CPU的高速输出器HSO用于按程序设定的时间产生中断，这就是软件定时器。系统采用软件定时器中断，以定时器1作为时间基准，对HSO寄存器进行设置，同时对外围芯片及触摸屏显示器进行初始化。其程序流程图如图10所示。

3.2 中断服务模块

系统中利用一个软件定时器来产生定时中断，它决定了模糊控制算法的采样速率。图11是软件定时器中断服务程序的流程图，该程序是控制系统的核心软件，完成A/D采样、滤波、数据处理、越限报警等任务，同时确定操作方式(手动或自动)，根据要求调用相应的控制算法，通过算法获得所要求的控制电压去驱动三相可控硅触发，最后返回主程序。各功能由相应的功能模块来完成。

本课题为辽宁省阜新市阜煤集团热处理分厂的多个温控炉改造项目中的一部分。将本控制系统安装在渗碳炉上，在各种工况下对试件进行渗碳，通过渗碳结果分析，表明完全满足改造要求：(1)温控系统改造后，工作最高温度950℃，炉温均匀性≤±3℃，控温精度≤±1.5℃。(2)加装渗碳部分的自动控制系统，碳势控制精度≤±0.05%。(3)加热器换新，炉衬修复等。