溫度的測(cè)里與控制是工程實(shí)踐中的常見問題。溫度控制器是溫度控制中不可缺少的設(shè)備。對(duì)于以熱電偶為測(cè)溫傳感器的溫控器：由于熱電偶需要冷端補(bǔ)償。其輸出的模擬電勢(shì)信號(hào)需經(jīng)放大及ND轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)輸出的溫度控制信號(hào)一般要經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換。因而測(cè)里控制電路較復(fù)雜調(diào)試也很麻煩。以實(shí)驗(yàn)室1臺(tái)2 kW電阻爐為被控對(duì)象，以原有的K型熱電偶為傳感器，選用MIAXIM公司生產(chǎn)的自帶溫度補(bǔ)償?shù)腒型熱電偶串行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX6675 為測(cè)里電路。選用雙向可控硅為控制元件以AT89C51為中心設(shè)計(jì)了一套溫控器電路。電路參數(shù)經(jīng)過了實(shí)際調(diào)試。由于測(cè)里和控制元件都可以與單片機(jī)直接接口，硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠性高又能滿足一定的精度要求。
2溫控器硬件構(gòu)成及原理
2.I溫控器原理框圖
如圖1所示電阻爐溫度控制范圍為100~ 1000 ~C，傳感器采用應(yīng)用較廣的K型熱電偶熱電偶測(cè)里電路選用MAX6675OMAX6675 將熱電偶輸出的mV信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)AT89C51; 令端溫度補(bǔ)償問題由MAX6675 自行解決。單片機(jī)通過串行口與上位機(jī)通訊。發(fā)送測(cè)里數(shù)據(jù)。接收溫度給定值。并將溫度測(cè)里值與給定值比較分析。送出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)光耦MDOC:3083，以控制可控硅BCR50GM的導(dǎo)通與截止，使電阻爐的溫度能夠穩(wěn)定在給定點(diǎn)附近。
2.2MAX667 5 工作牲
MAX6675是美國MAXM公司生產(chǎn)的帶有冷端溫度補(bǔ)償、線性校正熱電偶斷線檢測(cè)等功能的K型熱電偶測(cè)里轉(zhuǎn)換電路其輸出為12位二進(jìn)制數(shù)字里。測(cè)溫范圍0~ 1023.75 ‘C，溫度分辨能力為0.25 “C.在0~700 “C范圍內(nèi)溫度顯示誤差不大于8LSB.冷端補(bǔ)償范圍為20~ +85 “C.工作電壓3.0~5 5V.可以滿足大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。
MAX6675的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要由熱電偶模擬信號(hào)放大電路冷端溫度補(bǔ)償電路WD轉(zhuǎn)換電路及數(shù)字控制電路等組成。根據(jù)熱電偶的原理，其產(chǎn)生的熱電勢(shì)滿足下列關(guān)系：
Fun（1.0）一Fu（1，to）+ Fun（lu.0）
式中1為熱端溫度：1U為冷端溫度;0代表0 “C
A/D轉(zhuǎn)換電路將熱電偶信號(hào)Huw（ t，tm） 與溫度補(bǔ)償電路的補(bǔ)償信號(hào)！t;w（ t，0）相加后得到tun（ I ，0） ，再進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，以12位串行方式從引腳$）上輸出。當(dāng)12 位全為0）時(shí)，說明被測(cè)溫度為O C ：12 位全為1，則被測(cè)溫度為102.3.75 C 由于MAX6675 內(nèi)部經(jīng)過了激光修正，因此轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與被測(cè)溫度值之間具有較好的線性關(guān)系，可由下式給出：
溫度值= 1023.75 》轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量/4 095
MAX675 采用$）- 8 封裝，體積小，可靠性好，其引腳安排參見圖2 ，功能如表1所示。
MAX6675 與單片機(jī)的接口參見圖3，單片機(jī)提供3 個(gè)V/（）口線與MAX675 聯(lián)絡(luò)。
2.3控制環(huán)節(jié)原理
溫度控制環(huán)節(jié)采用光電耦合器驅(qū)動(dòng)雙向可控硅方式。光電耦合器采用M）I（）R（LA 公司生產(chǎn)的用于觸發(fā)可控硅的M0C3083。此元件具有過零檢測(cè)功能，可用直流低電壓，小電流來控制高電壓，大電流;觸發(fā)電路簡單可靠，抗干擾能力強(qiáng)。
其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳參見圖3，它采用雙列直插6腳封裝。此元件由輸入輸出兩部分組成。輸入部分是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，該二極管在5 tnA 正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光來觸發(fā)輸出部分。輸出部分為帶有一過零檢測(cè)器的光控雙向可控硅，被觸發(fā)導(dǎo)通后發(fā)出控制信號(hào)觸發(fā)主電路控制元件。
主電路由雙向可控硅BCK50（M 控制，其開關(guān)電流為50 A，通過實(shí)際調(diào)試。確定了控制電路參數(shù);如圖3 所示。
3軟件設(shè)計(jì)
3.1測(cè)量程序說明
測(cè)量環(huán)節(jié)的軟件重點(diǎn)在MAX6675 測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的讀取。MAX6675與單片機(jī)通過3 線串口進(jìn)行通訊，其工作時(shí)序如圖4所示。當(dāng)（S引腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，MAX6675 停止任何信號(hào)的轉(zhuǎn)換并在時(shí)鐘SCK的作用下向外輸出已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù);當(dāng)（S 從低電平變回到高電平時(shí)，MAX6675 將進(jìn)行新一輪轉(zhuǎn)換。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)讀取需要16 個(gè)時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)的讀取在SCK的下降 沿進(jìn)行。
MAX6675的輸出數(shù)據(jù)為16 位，輸出時(shí)高位在前。D15 為無用位;D14~D3 對(duì)應(yīng)于熱電偶模擬輸出電壓的數(shù)字量;D2 用于檢測(cè)熱電偶是否斷線（D2 為1表明熱電偶斷線）;D1為MAX6675 標(biāo)識(shí)符;D0 為三態(tài)。具體的讀數(shù)據(jù)子程序如下。硬件參見圖3。溫度數(shù)據(jù)高4 位存于21H.低8 位存于20H，斷偶標(biāo)志存于進(jìn)位位。
3.2控制模塊軟件
溫度控制采用過零觸發(fā)方式控制可控硅在設(shè)定周期中的導(dǎo)通周波數(shù)。單片機(jī)通過PI.5 控制可控硅在1S 內(nèi)導(dǎo)通的百分率達(dá)到調(diào)功的目的。根據(jù)要求可選用不同控制方式，一般情況下，可采用二位式輸出。
4結(jié)束語
由于選用了MAX6675，M0XC3083 等數(shù)字型測(cè)量控制元件，設(shè)計(jì)的溫控器結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，有關(guān)電路參數(shù)通過了2 kW電阻爐的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，具有實(shí)用意義。