PIC精确控温技术及其应用研究

丁晓贵，刘桂江

（安庆师范学院计算机与信息学院，安徽安庆 246133）

PIC精确控温技术及其应用研究

丁晓贵，刘桂江

（安庆师范学院计算机与信息学院，安徽安庆 246133）

PIC单片机具有开放式可重构的软硬件体系，适合于对采样复杂、动态变化的物理现场进行控制。本文设计了PIC精确控温系统硬件架构，对温度检测模块和温度控制模块进行了分析，给出了程序流程和源代码。利用PIC精确控温技术对电子废弃物循环利用工艺进行改造，改造后效能明显得以改善。

PIC单片机；传感器；智能控制；循环利用

温度参量由于具有滞后性，很难做到精确控制。目前，针对控制对象的多样性和复杂性，采用的温度控制手段也各不相同。主要有以下几种：

PID调节器控温［1］。设定加热温度，给每路加热元件加装温度传感器，通过PID调节达到控温目的，这种方案投资成本较大，安装维护复杂。

PWM（脉冲宽度调制器）控温。设定加热时间，通过改变PWM占空比，驱动加热器件工作时间来实现对温度控制，这种方式受到环境温度、电压波动、加热元件功率损失等多种因素影响，控温精度低，稳定性差。

自动补偿控温。根据工业现场仪表监测功率、电压变化，按照先验经验给定程序，通过计算自动进行补偿。其缺点是控温精度低，快速性差。

PIC单片机［2］是由美国Microchip公司推出。由于它具有多方面的优点，非常适合于对采样复杂、动态变化的物理现场进行控制［3］，尤其在温度控制领域。一是硬件系统设计便捷、指令系统设计精炼，价格低廉，维护方便；二是功率低、反应速度快；三是驱动电流大和控制能力强。

1 PIC精确控温技术硬件架构

1.1 MCPU选取

常用的PIC单片机有PIC10，PIC12，PIC16和 PIC18系列。根据测温、控制的要求，做到性能够用而不浪费，选用PIC16F877作为主控单片机。PIC16F877具有高性能、RISC（精简指令集）CPU，能进行在线编程调试，维护简单；可编程的Flash存储器高达8 K×14字节，数据RAM高达368 K×8字节，EEPROM数据存储器高达256 K×8字节，无需外加存储芯片嵌入控制程序；多达14个中断源，可多点采样监控。

基于PIC单片机精确控温系统总体架构如图1所示。温度检测模块采样后通过A/D转换送PIC16F877A，经CPU判断，发出温度控制指令；RS485通信接口可用于和上位机之间的通信。

图1 总体架构图

1.2 温度检测

温度检测模块见图2。温度传感器采用PTC温度探头，SN7POA1500工业级温度传感器［4］。该传感器有三个方面优点。一是测量温度高。SN7POA1500采用热电偶测温原理，其测量温度高达1 500℃，适合1 250℃以上的炉内温度测量；二是数据易于存储在非易失性内存上（EEPROM），便于和PIC16F877A联系。三是采样信号为电流。电流和绝对温度（单位：K）成正比关系，而日常用的是以℃作为单位的温度。所以，列出下列公式，用来表示电流和摄氏度之间的关系：

Temp=I×1 000 000-273.15

式中单位Temp为摄氏度，I为安培。

图2 温度检测模块图

1.3 温度控制模块

控制回馈［5］，就是控制核心PIC16F877A根据采集的数据，通过特定的算法判断当前的状态，并输出相应的指令来控制温度。例如，若采集的温度数据表明温度低于用户设定的温度，则控制核心就会发生升高温度的控制指定，打开电源开关，驱动加热装置工作；若采集的温度数据表明已高于用户设定的温度，则控制核心会发出降低温度的控制指令，切断电源停止加热，并驱动风扇、半导体制冷模块等降温，从而达到控制温度的目的。

2 软件设计

软件流程如图3所示。首先进行系统的初始化，之后进入一个While循环，不断地进行AD数据获取、运算当前温度、阈值判断、控制信号输出等工作达到系统集成的目的。

图3 软件流程图

2.1 温度初始化和采集

在PIC16F877中，ADC模块相关的寄存器有4个，分别是ADRESH，ADRESL，ADCON0和ADCON1。

2.2 温度控制

温度控制，就是预先设定一个温度范围或者一个温度界限，即阈值，通过将当前温度和这个界限进行比较，确定下一步是应该升温还是降温。

3 PIC精确控温技术在电子废弃物循环利用中的应用

PIC精确控温技术成功地应用于电子废弃物循环利用过程中。电子废弃物循环利用普遍的做法是采用卡尔多炉处理废杂铜工艺［4］，见图4。它是在完成电子废弃物外表附属物拆除之后，进行机械破碎，装入卡尔多炉，利用氧油喷枪插入炉内燃烧进行熔炼。炉内温度保持在1 250℃以上。熔炼时间大约1.5个小时，待电子废弃物完全热解为液态后，再利用金属熔点不同，冷却凝固，实现不同熔点的贵金属和废渣自动分离［5］。

精确温度控制是实现电子废弃物循环利用的关键技术之一。通过SN7POA1500工业级温度传感器对熔炉多点采样，送入PIC16F877A微处理器进行分析，按照预先设定的程序，让执行设备加热或冷却。PIC精确控温技术在电子废弃物循环利用中的应用创新之处在于：温度控制方式由监督控制变为智能控制，使得温度控制精度高、速度快；PIC具有在线开发能力，使其开发周期短。技术改进后，产生了明显的效果，如表1所示。

图4 卡尔多炉处理废杂铜工艺

表1 改进前后效果比较

另外，PIC精确控温系统由于其体积小、易于构建分布式监控网络，也有利于系统集成。今后研究的方向是建立上位机之间的通信，达到远程控制的目的。

［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］康敬乐，等.废杂铜的再生火法精炼工艺探讨［J］.矿产保护与利用，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］丁晓贵.基于SOPC技术的远程数据采集系统设计［J］.计算机技术与发展，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

时间：2014-9-15 16：07 网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2014.03.021.html

2013-11-24

丁晓贵，男，安徽安庆人，硕士，安庆师范学院计算机与信息学院副教授，研究方向为嵌入式系统和智能控制。