丁曉貴，劉桂江

（安慶師范學(xué)院計算機(jī)與信息學(xué)院，安徽安慶 246133）

PIC精確控溫技術(shù)及其應(yīng)用研究

丁曉貴，劉桂江

（安慶師范學(xué)院計算機(jī)與信息學(xué)院，安徽安慶 246133）

PIC單片機(jī)具有開放式可重構(gòu)的軟硬件體系，適合于對采樣復(fù)雜、動態(tài)變化的物理現(xiàn)場進(jìn)行控制。本文設(shè)計了PIC精確控溫系統(tǒng)硬件架構(gòu)，對溫度檢測模塊和溫度控制模塊進(jìn)行了分析，給出了程序流程和源代碼。利用PIC精確控溫技術(shù)對電子廢棄物循環(huán)利用工藝進(jìn)行改造，改造后效能明顯得以改善。

PIC單片機(jī)；傳感器；智能控制；循環(huán)利用

溫度參量由于具有滯后性，很難做到精確控制。目前，針對控制對象的多樣性和復(fù)雜性，采用的溫度控制手段也各不相同。主要有以下幾種：

PID調(diào)節(jié)器控溫［1］。設(shè)定加熱溫度，給每路加熱元件加裝溫度傳感器，通過PID調(diào)節(jié)達(dá)到控溫目的，這種方案投資成本較大，安裝維護(hù)復(fù)雜。

PWM（脈沖寬度調(diào)制器）控溫。設(shè)定加熱時間，通過改變PWM占空比，驅(qū)動加熱器件工作時間來實(shí)現(xiàn)對溫度控制，這種方式受到環(huán)境溫度、電壓波動、加熱元件功率損失等多種因素影響，控溫精度低，穩(wěn)定性差。

自動補(bǔ)償控溫。根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場儀表監(jiān)測功率、電壓變化，按照先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)給定程序，通過計算自動進(jìn)行補(bǔ)償。其缺點(diǎn)是控溫精度低，快速性差。

PIC單片機(jī)［2］是由美國Microchip公司推出。由于它具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于對采樣復(fù)雜、動態(tài)變化的物理現(xiàn)場進(jìn)行控制［3］，尤其在溫度控制領(lǐng)域。一是硬件系統(tǒng)設(shè)計便捷、指令系統(tǒng)設(shè)計精煉，價格低廉，維護(hù)方便；二是功率低、反應(yīng)速度快；三是驅(qū)動電流大和控制能力強(qiáng)。

1 PIC精確控溫技術(shù)硬件架構(gòu)

1.1 MCPU選取

常用的PIC單片機(jī)有PIC10，PIC12，PIC16和 PIC18系列。根據(jù)測溫、控制的要求，做到性能夠用而不浪費(fèi)，選用PIC16F877作為主控單片機(jī)。PIC16F877具有高性能、RISC（精簡指令集）CPU，能進(jìn)行在線編程調(diào)試，維護(hù)簡單；可編程的Flash存儲器高達(dá)8 K×14字節(jié)，數(shù)據(jù)RAM高達(dá)368 K×8字節(jié)，EEPROM數(shù)據(jù)存儲器高達(dá)256 K×8字節(jié)，無需外加存儲芯片嵌入控制程序；多達(dá)14個中斷源，可多點(diǎn)采樣監(jiān)控。

基于PIC單片機(jī)精確控溫系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。溫度檢測模塊采樣后通過A/D轉(zhuǎn)換送PIC16F877A，經(jīng)CPU判斷，發(fā)出溫度控制指令；RS485通信接口可用于和上位機(jī)之間的通信。

圖1 總體架構(gòu)圖

1.2 溫度檢測

溫度檢測模塊見圖2。溫度傳感器采用PTC溫度探頭，SN7POA1500工業(yè)級溫度傳感器［4］。該傳感器有三個方面優(yōu)點(diǎn)。一是測量溫度高。SN7POA1500采用熱電偶測溫原理，其測量溫度高達(dá)1 500℃，適合1 250℃以上的爐內(nèi)溫度測量；二是數(shù)據(jù)易于存儲在非易失性內(nèi)存上（EEPROM），便于和PIC16F877A聯(lián)系。三是采樣信號為電流。電流和絕對溫度（單位：K）成正比關(guān)系，而日常用的是以℃作為單位的溫度。所以，列出下列公式，用來表示電流和攝氏度之間的關(guān)系：

Temp=I×1 000 000-273.15

式中單位Temp為攝氏度，I為安培。

圖2 溫度檢測模塊圖

1.3 溫度控制模塊

控制回饋［5］，就是控制核心PIC16F877A根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，通過特定的算法判斷當(dāng)前的狀態(tài)，并輸出相應(yīng)的指令來控制溫度。例如，若采集的溫度數(shù)據(jù)表明溫度低于用戶設(shè)定的溫度，則控制核心就會發(fā)生升高溫度的控制指定，打開電源開關(guān)，驅(qū)動加熱裝置工作；若采集的溫度數(shù)據(jù)表明已高于用戶設(shè)定的溫度，則控制核心會發(fā)出降低溫度的控制指令，切斷電源停止加熱，并驅(qū)動風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷模塊等降溫，從而達(dá)到控制溫度的目的。

2 軟件設(shè)計

軟件流程如圖3所示。首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，之后進(jìn)入一個While循環(huán)，不斷地進(jìn)行AD數(shù)據(jù)獲取、運(yùn)算當(dāng)前溫度、閾值判斷、控制信號輸出等工作達(dá)到系統(tǒng)集成的目的。

圖3 軟件流程圖

2.1 溫度初始化和采集

在PIC16F877中，ADC模塊相關(guān)的寄存器有4個，分別是ADRESH，ADRESL，ADCON0和ADCON1。

2.2 溫度控制

溫度控制，就是預(yù)先設(shè)定一個溫度范圍或者一個溫度界限，即閾值，通過將當(dāng)前溫度和這個界限進(jìn)行比較，確定下一步是應(yīng)該升溫還是降溫。

3 PIC精確控溫技術(shù)在電子廢棄物循環(huán)利用中的應(yīng)用

PIC精確控溫技術(shù)成功地應(yīng)用于電子廢棄物循環(huán)利用過程中。電子廢棄物循環(huán)利用普遍的做法是采用卡爾多爐處理廢雜銅工藝［4］，見圖4。它是在完成電子廢棄物外表附屬物拆除之后，進(jìn)行機(jī)械破碎，裝入卡爾多爐，利用氧油噴槍插入爐內(nèi)燃燒進(jìn)行熔煉。爐內(nèi)溫度保持在1 250℃以上。熔煉時間大約1.5個小時，待電子廢棄物完全熱解為液態(tài)后，再利用金屬熔點(diǎn)不同，冷卻凝固，實(shí)現(xiàn)不同熔點(diǎn)的貴金屬和廢渣自動分離［5］。

精確溫度控制是實(shí)現(xiàn)電子廢棄物循環(huán)利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過SN7POA1500工業(yè)級溫度傳感器對熔爐多點(diǎn)采樣，送入PIC16F877A微處理器進(jìn)行分析，按照預(yù)先設(shè)定的程序，讓執(zhí)行設(shè)備加熱或冷卻。PIC精確控溫技術(shù)在電子廢棄物循環(huán)利用中的應(yīng)用創(chuàng)新之處在于：溫度控制方式由監(jiān)督控制變?yōu)橹悄芸刂?，使得溫度控制精度高、速度快；PIC具有在線開發(fā)能力，使其開發(fā)周期短。技術(shù)改進(jìn)后，產(chǎn)生了明顯的效果，如表1所示。

圖4 卡爾多爐處理廢雜銅工藝

表1 改進(jìn)前后效果比較

另外，PIC精確控溫系統(tǒng)由于其體積小、易于構(gòu)建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，也有利于系統(tǒng)集成。今后研究的方向是建立上位機(jī)之間的通信，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

［1］H.M.Veit，T.IL Diehl.Utilization ofmagnetic and electrostatic separation in the recycling［J］.Waste Management，2005（25）：67 -74.

［2］William J，EWilliams.Separation and recovery ofmaterials from scrap printed circuit boards［J］.Resources Conservation and Recycling，2007（51）：691-709.

［3］Ji M，Ikuta Y.Pyrolysis-based material recovery from molding resin for eletronic parts［J］.Journal of Environmental Engineering，2008，124（9）：82 1-828.

［4］康敬樂，等.廢雜銅的再生火法精煉工藝探討［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2008，4：56-59.

［5］Jones DA，Leiyield，etal.Microwave heating applications in environmental engineering：a review［J］.Resource Conservation and Recycling，2002，34：75-90.

［6］丁曉貴.基于SOPC技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計［J］.計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010（1）：229-231.

Study on PIC Precise Temperature Control Technology and Its Application

DING Xiao-gui，LIU Gui-jiang
（School of Computer and Information，Anqing Teachers College，Anqing 246133，China）

PICmicrocontroller is suitable for controller in the field of the complex sampling and dynamic changes.It has open reconfigurable hardware and software system.In the presentwork，hardware architecture in the system of the PIC precise temperature control is designed，the temperature detection and controlmodule are analyzed；the program flow and partof the source code are given.Furthermore，using the PIC precise temperature control technology on the recycling process ofelectronic waste，the system efficacy is significantly improved.

PICMCU，sensor，intelligent control，cyclic utilization

TP273

A

1007-4260（2014）03-0086-03

時間：2014-9-15 16：07 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2014.03.021.html

2013-11-24

丁曉貴，男，安徽安慶人，碩士，安慶師范學(xué)院計算機(jī)與信息學(xué)院副教授，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)和智能控制。