莊志惠

摘要：本文基于單片機(jī)控制的感應(yīng)加熱電源為研究對(duì)象，對(duì)感應(yīng)加熱電源的結(jié)構(gòu)及原理做了簡(jiǎn)單介紹，并確定設(shè)計(jì)方案。對(duì)所選用的器件做了說(shuō)明，尤其是對(duì)單片機(jī)P89C51、IRMS10UP60A、DS1620做詳細(xì)的說(shuō)明。設(shè)計(jì)出感應(yīng)加熱電源的電氣原理圖，對(duì)部分電路做了軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)加熱；單片機(jī)；IRAM10UP60A；DS1620

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）07-0001-02

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)感應(yīng)加熱設(shè)備的性能質(zhì)量和數(shù)量需求的不斷增長(zhǎng)，伴隨電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電力電子半導(dǎo)體器件的不斷更新，計(jì)算機(jī)微控制器性能的增強(qiáng)以及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，未來(lái)的感應(yīng)加熱電源的研發(fā)過(guò)程中會(huì)更多的考慮到電源負(fù)載的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出效率高，整體性能強(qiáng)的感應(yīng)加熱電源。

本文探求一種簡(jiǎn)單高效的中小功率感應(yīng)加熱電源控制方法。以單片機(jī)P8051和IRMS10UP60A、DS1620來(lái)控制感應(yīng)加熱電源為研究對(duì)象，通過(guò)感應(yīng)加熱電源的調(diào)節(jié)的分析比較而得到適用的控制方式，研制一額定功率為3KW的中頻感應(yīng)加熱電源。

重點(diǎn)闡述單片機(jī)對(duì)IRMS10UP60A和DS1620的控制方式感應(yīng)加熱電源的系統(tǒng)控制電路的研究設(shè)計(jì)以及其保護(hù)電路、輔助電路等的研制，給出系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程和對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證等。

1 感應(yīng)加熱電源結(jié)構(gòu)

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)等應(yīng)用領(lǐng)域中的不同要求的提出，感應(yīng)加熱電源發(fā)展出了多種不同的種類形式。總體上來(lái)說(shuō)，感應(yīng)加熱電源由整流器（AC-DC）、濾波環(huán)節(jié)、逆變器（DC-AC）、負(fù)載、控制及保護(hù)環(huán)節(jié)等組成。

本文采用單相交流電（AC220V50HZ），經(jīng)整流環(huán)節(jié)后成為脈動(dòng)直流電，再經(jīng)過(guò)濾波環(huán)節(jié)后成為平滑的直流電，此平滑直流電經(jīng)過(guò)其后的逆變器環(huán)節(jié)逆變?yōu)橐欢l率的交流電壓供與負(fù)載。

2 方案的確定

根據(jù)感應(yīng)加熱應(yīng)用的實(shí)際工藝要求，最終選擇中頻感應(yīng)加熱電源的研制方案。感應(yīng)加熱電源的整流側(cè)采用電力二極管不控整流，向逆變環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的直流電壓，系統(tǒng)負(fù)載與補(bǔ)償電容器采用并聯(lián)連接，在逆變環(huán)節(jié)采用PWM移相調(diào)功方式實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱電源輸出功率的調(diào)節(jié)，由數(shù)字溫度傳感器DS1620進(jìn)行跟蹤，將溫度反饋到單片機(jī)，來(lái)控制IRAMS10UP60A，使得加熱電源的穩(wěn)定在某一溫度，本文的控制溫度為120℃±3℃。

3 器件介紹

3.1 單片機(jī)P89C51

飛利浦公司的P89C51單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計(jì)，由先進(jìn)CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash 程序存儲(chǔ)器，全部支持12時(shí)鐘和6時(shí)鐘操作。

3.2 IRMAS10UP60A模塊

國(guó)際整流器公司IRAMS10UP60A是一款特殊的應(yīng)用的智能模塊（AIPM），該模塊為諸多家用電器及工業(yè)應(yīng)用中的電子電機(jī)控制方面開發(fā)和優(yōu)化的。IRAMS10UP60A模塊在一個(gè)單獨(dú)的隔離的封裝內(nèi)含一個(gè)非常緊湊的、高性能的AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。

3.3 數(shù)字溫度傳感器

數(shù)字溫度傳感器DS1620是DALLAS公司的一種新型的測(cè)量溫度和調(diào)節(jié)溫度的器件。測(cè)量溫度范圍從-55℃～+125℃，它可非常方便地用于工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)品、溫度控制、溫度計(jì)及任何對(duì)溫度敏感的系統(tǒng)。

4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 主電路結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，感應(yīng)加熱電源的主電路如圖1所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸入電源電壓是交流220V50Hz，經(jīng)4個(gè)不可控整流二極管，通過(guò)大電容濾波后的電源送給IRAMS10UP60A模塊。R1是限流電阻，啟動(dòng)時(shí)避免大的沖擊，經(jīng)過(guò)時(shí)延后通過(guò)電子開關(guān)進(jìn)行短接切除。溫度的檢測(cè)采用數(shù)字溫度傳感器DS1620，由單片機(jī)進(jìn)行控制，從而構(gòu)成反饋控制。

4.2 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)控制電路如圖2所示，ULN2003是反向驅(qū)動(dòng)器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED指示燈和報(bào)警蜂鳴，指示燈分別指示溫度上限值和下限值、恒溫指示。超過(guò)上限和下限溫度時(shí)進(jìn)行報(bào)警輸出。MAX813是看門狗芯片（復(fù)位芯片）保證單片機(jī)的正常工作，防止單片機(jī)死機(jī)。按鍵用來(lái)設(shè)定及其他用途。

4.3 溫度傳感器和隔離電路

溫度傳感器和隔離電路如圖3所示。DS1620的DQ、CLK/CONV、RST分別與單片機(jī)的P0.5、P0.6、P0.7相連接，形成三線控制。單片機(jī)的信號(hào)通過(guò)74HC244隔離后與模塊IRAMS10UP60A相連。

4.4 數(shù)碼顯示電路及電源電路

數(shù)碼顯示管用來(lái)顯示感應(yīng)加熱電源的溫度值，也是最有效的人機(jī)對(duì)話。本設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)類型數(shù)碼管。電源電路通過(guò)集成穩(wěn)壓芯片LM7815輸出+15V，供給模塊IRAMS10UP60A，而LM7805輸出+5V給單片機(jī)等電路。

5 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 主程序

主程序主要包括系統(tǒng)的初始化、數(shù)字溫度傳感器子程序、數(shù)碼顯示子程序等。

5.2 DS1620的控制程序

在讀寫模塊中，借助累加器A及進(jìn)位位C來(lái)發(fā)送命令或接收數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)完成相應(yīng)操作；在讀寫及等待轉(zhuǎn)換中用到的1ms及1s延時(shí)子程序，都由多次調(diào)用子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)控制程序由寫入、讀出、配置DS1620、開始轉(zhuǎn)換、讀取溫度等五個(gè)子程序的匯編語(yǔ)言程序?qū)崿F(xiàn)。

5.3 數(shù)碼管顯示程序

數(shù)碼管顯示采用串口移位形式進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)74LS164的輸出送到數(shù)碼管顯示。

6 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)P89C51、IRAMS10UP60A模塊、數(shù)字溫度傳感器DS1620、看門狗電路和數(shù)碼顯示組成。使用的核心技術(shù)在于單片機(jī)對(duì)IRAMS10UP60A模塊和數(shù)字溫度傳感器DS1620部分，通過(guò)對(duì)模塊IRAMS10UP60A及DS1620的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的感應(yīng)加熱電源。

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