基于單片機控制的電熱爐溫控系統

張少杰

摘 要：本文主要利用基于單片機的電熱爐溫控系統，對其總電路和觸發線路進行重新架構，該系統主要包括REGHC51單片機、熱敏電阻、溫度檢測儀、電路轉換器、雙向晶閘管觸發及開關電路。與傳統電熱爐溫控系統相比，具有操作方便、耐久度高、更易檢修、可靠性高和數據誤差小等優勢。

關鍵詞：單片機；電熱爐；溫控系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：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 整體電路的系統架構

整體電路系統架構由REGHC51單片機溫度控制系統、溫度控制器、溫度傳感器、電路轉換器、溫度顯示器、聲光變阻器和晶閘管電路啟停裝置組成。主電路主要運用晶閘管電路啟停裝置作為交流電源的控制開關，控制整個電路的工作狀態，運用陽極電流的通斷影響極小的門極電流，解決了傳統溫控電路正中控制電爐絲接觸器的接觸點連接的黏性、損害、聲音大等不足[1]。

1.1 系統采用REGHC51單片機的優勢

采用REGHC51單片機對溫度進行控制，基于其操作方便、組合方式靈活的特點，有利于提高溫度控溫的技術指標，從而提高整個電路對溫度變化的靈敏性。該單片機程序會對三相電路產生的波動數字信號數據進行有效性判斷，按照不對稱三相電路選擇VT1、VT2、VT3的額定電壓和電流參數。

1.2 主電路系統原理

普通的電熱爐溫度傳感器中的電路設計結構，一般是由交流電開關觸發器決定電熱爐的電路通斷。交流電開關觸發器由于電路的通斷頻率較大，導致溫度傳感器中的數據發生變化，進而使電熱爐中的溫度存在較大變動，這就與實際需求不相符。所以，該電熱爐系統中的主要電路用晶閘管電路啟停裝置取代傳統電熱爐中的交流電開關觸發器，決定電熱爐中電路的通斷，晶閘管電路啟停裝置能根據電熱爐中電源加在爐絲上的電壓做出相應的數據調節，同時也滿足了日常生活中因為交流電開關觸發器中電路通斷頻率較大導致的電熱爐可靠性不會變低的要求，符合工件熱處理工藝的要求。

2 溫控系統原理

溫控系統可以根據溫度變化的信號，經過濾波傳感器的處理后做出相應的電壓變化。與普通的溫控電路相比，此系統對溫度產生變化的波動會更加靈敏，不會因為短時間內溫度變化率較高導致的溫度傳感不靈敏，導致電熱爐上的電壓不穩定，容易破壞本系統電路原來的動態平衡，使電路中電源加在電熱爐上的電壓產生質變。這也就間接性導致爐絲的工作功率會在短時間內產生較大變化，對爐絲的損耗程度會加劇，與工件熱處理工藝的要求是不相符的。

爐溫的熱電偶電勢傳遞過程有以下幾步。第一步，爐溫的熱電偶電勢傳遞經過冷端補償器進行冷端補償后，會被直接送入預先設計好的運算放大電路中，相比普通的爐溫熱電偶電勢傳遞過程中的第一步要先進行電路電位補充，時間要快得多，這也就大大提高了爐溫的熱電偶電勢傳遞效率和可靠性。第二步，將經過冷端補償器進行冷端補償后的熱電偶電勢信號連接到轉換電路，由原來的熱電偶電勢信號轉化為電路電壓及電流變化。第三步，經過REGHC51單片機的處理，由原來的溫度常量轉化為能顯示爐溫的數字信號，爐溫的數字信號經過濾波器的濾波、代數處理、高低標度的調換和周期頻率轉化等一系列對數字信號的處理，能顯示在電熱爐的發光二極管上。REGH51單片機對此數字信號與人為設定好的溫度信號做出對比、調節，調高和調低電源加在爐絲上的電壓，進而改變熱電爐的功率大小。REGH51單片機調過通角對晶閘管電路啟停裝置進行有效控制，從而調節三相交流電中對電流功率大小的控制，調節溫度的大小。

3 晶閘管電路啟停裝置

溫控系統的三相電壓U1、U2、U3（220V，50Hz）經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，經過光電耦合傳感器的處理就可以對三相電路的數字信號進行過零檢測，進而得到周期為10ms，REGHC51可處理的脈沖信號，此信號與REGHC51單片機的開始信號一致，經過三相電路的反向處理器后，再一次送入REGHC51單片機的輸入端口，并設置為脈沖信號的上升沿有效，開啟中斷，啟動定時器計時，其中設定的時間由電熱爐的爐絲溫度和外界預先設定好的時間決定，并且應注意定義的引腳，明確晶閘管電路啟停裝置的邏輯電平的大小，若為1，該溫控系統中的晶閘管電路啟停裝置不導電；若為0，該溫控系統中的晶閘管電路啟停裝置導電，對單片機的系統擴展方式為定義引腳中斷方式和整體查詢方式相結合的辦法。在對三相電路中的過零脈沖處理的過程中，應注意三極管的集電極的連接方式，CTA、CTB、CTC經3個集電極開路非門（OC門）組成線或關系送輸入端端口，對整體查詢的方式為順序，依次為CTA、CTB、CTC，進而處理好三相電路發出的不同信號，確定其中的哪一部分請求中斷。

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。根據交流電壓的周期性可以清楚看到其幅值大小，其滿足交流電壓的周期范圍的條件。兩個二極管并聯導電，從而使光敏三極管也連接晶閘管電路啟停裝置中的過零電路，在交流數字信號經過過零處理時，兩個反向并聯的二極管不連接過零電路，所以輸出信號為1，則輸出端得到的過零信號的周期為10ms，脈沖的頻帶寬度由過零電路中的分壓電阻決定，與其所串聯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，其中過零電路中的發光二極管的電流不應高于2.8mA，U1的晶閘管電路啟停裝置的過零電路與U1、U2相同。

3.2 U1相觸發電路

U1的晶閘管電路啟停裝置的過零電路與U1、U2相同，輸入端的發光二極管因具有單向導電性，所以發光二極管只會在加載正向電流時才會導通，其中發光二極管的導通電流范圍為5～15mA，當打開輸入端的硅光開關時，LED兩端的電壓會突然減少至極低值，電路的電壓值與開路電壓值接近，晶閘管電路啟停裝置才會打開，U1、U2、U3的晶閘管電路啟停裝置過零電路中的兩個端口在電路中的穩定狀態下不會產生函數關系，為了使整個電路不會因為外界交流電的變化而產生短路或者開路，應該加裝限流電阻。為了使整個電路穩定工作，在正常的電壓電流下不因受外界的干擾影響整個電路的穩態，應該加裝晶閘管門極電阻，提高整個電路的抗干擾能力。為了使每個部分連接電路的阻值不受其他外界條件的變化而變化，應加裝阻容吸收網格。

4 結語

電熱爐溫控系統利用REGHC51單片機，基于傳統的溫度測控電路系統，重新加裝了晶閘管電路啟停裝置對溫度進行柔性控制，提高了熱爐的輸出效率，更加完善了整個加熱裝置的可控性，使熱爐的可靠性隨之增加，有著更強的抗干擾能力。電熱爐的溫控系統高熱處理產品質量高、生產成本制制精度高、可靠性好、控制功能強、性能價格比高和使用方便的特點，使其在社會生產活動中的應用前景廣闊。

參考文獻：

[1]成繼勛，周少武等微型計算機控制技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2011.