基于单片机控制的电热炉温控系统

张少杰

摘 要：本文主要利用基于单片机的电热炉温控系统，对其总电路和触发线路进行重新架构，该系统主要包括REGHC51单片机、热敏电阻、温度检测仪、电路转换器、双向晶闸管触发及开关电路。与传统电热炉温控系统相比，具有操作方便、耐久度高、更易检修、可靠性高和数据误差小等优势。

关键词：单片机；电热炉；温控系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：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 整体电路的系统架构

整体电路系统架构由REGHC51单片机温度控制系统、温度控制器、温度传感器、电路转换器、温度显示器、声光变阻器和晶闸管电路启停装置组成。主电路主要运用晶闸管电路启停装置作为交流电源的控制开关，控制整个电路的工作状态，运用阳极电流的通断影响极小的门极电流，解决了传统温控电路正中控制电炉丝接触器的接触点连接的黏性、损害、声音大等不足[1]。

1.1 系统采用REGHC51单片机的优势

采用REGHC51单片机对温度进行控制，基于其操作方便、组合方式灵活的特点，有利于提高温度控温的技术指标，从而提高整个电路对温度变化的灵敏性。该单片机程序会对三相电路产生的波动数字信号数据进行有效性判断，按照不对称三相电路选择VT1、VT2、VT3的额定电压和电流参数。

1.2 主电路系统原理

普通的电热炉温度传感器中的电路设计结构，一般是由交流电开关触发器决定电热炉的电路通断。交流电开关触发器由于电路的通断频率较大，导致温度传感器中的数据发生变化，进而使电热炉中的温度存在较大变动，这就与实际需求不相符。所以，该电热炉系统中的主要电路用晶闸管电路启停装置取代传统电热炉中的交流电开关触发器，决定电热炉中电路的通断，晶闸管电路启停装置能根据电热炉中电源加在炉丝上的电压做出相应的数据调节，同时也满足了日常生活中因为交流电开关触发器中电路通断频率较大导致的电热炉可靠性不会变低的要求，符合工件热处理工艺的要求。

2 温控系统原理

温控系统可以根据温度变化的信号，经过滤波传感器的处理后做出相应的电压变化。与普通的温控电路相比，此系统对温度产生变化的波动会更加灵敏，不会因为短时间内温度变化率较高导致的温度传感不灵敏，导致电热炉上的电压不稳定，容易破坏本系统电路原来的动态平衡，使电路中电源加在电热炉上的电压产生质变。这也就间接性导致炉丝的工作功率会在短时间内产生较大变化，对炉丝的损耗程度会加剧，与工件热处理工艺的要求是不相符的。

炉温的热电偶电势传递过程有以下几步。第一步，炉温的热电偶电势传递经过冷端补偿器进行冷端补偿后，会被直接送入预先设计好的运算放大电路中，相比普通的炉温热电偶电势传递过程中的第一步要先进行电路电位补充，时间要快得多，这也就大大提高了炉温的热电偶电势传递效率和可靠性。第二步，将经过冷端补偿器进行冷端补偿后的热电偶电势信号连接到转换电路，由原来的热电偶电势信号转化为电路电压及电流变化。第三步，经过REGHC51单片机的处理，由原来的温度常量转化为能显示炉温的数字信号，炉温的数字信号经过滤波器的滤波、代数处理、高低标度的调换和周期频率转化等一系列对数字信号的处理，能显示在电热炉的发光二极管上。REGH51单片机对此数字信号与人为设定好的温度信号做出对比、调节，调高和调低电源加在炉丝上的电压，进而改变热电炉的功率大小。REGH51单片机调过通角对晶闸管电路启停装置进行有效控制，从而调节三相交流电中对电流功率大小的控制，调节温度的大小。

3 晶闸管电路启停装置

温控系统的三相电压U1、U2、U3（220V，50Hz）经分压得到较低的三相电压UA、UB、UC，然后连接到光电耦合传感器，经过光电耦合传感器的处理就可以对三相电路的数字信号进行过零检测，进而得到周期为10ms，REGHC51可处理的脉冲信号，此信号与REGHC51单片机的开始信号一致，经过三相电路的反向处理器后，再一次送入REGHC51单片机的输入端口，并设置为脉冲信号的上升沿有效，开启中断，启动定时器计时，其中设定的时间由电热炉的炉丝温度和外界预先设定好的时间决定，并且应注意定义的引脚，明确晶闸管电路启停装置的逻辑电平的大小，若为1，该温控系统中的晶闸管电路启停装置不导电；若为0，该温控系统中的晶闸管电路启停装置导电，对单片机的系统扩展方式为定义引脚中断方式和整体查询方式相结合的办法。在对三相电路中的过零脉冲处理的过程中，应注意三极管的集电极的连接方式，CTA、CTB、CTC经3个集电极开路非门（OC门）组成线或关系送输入端端口，对整体查询的方式为顺序，依次为CTA、CTB、CTC，进而处理好三相电路发出的不同信号，确定其中的哪一部分请求中断。

3.1 晶闸管电路启停装置

晶闸管电路中二极管上的电压大小取决于电压与电阻的比值，且与二极管的连接方式为反向并联。根据交流电压的周期性可以清楚看到其幅值大小，其满足交流电压的周期范围的条件。两个二极管并联导电，从而使光敏三极管也连接晶闸管电路启停装置中的过零电路，在交流数字信号经过过零处理时，两个反向并联的二极管不连接过零电路，所以输出信号为1，则输出端得到的过零信号的周期为10ms，脉冲的频带宽度由过零电路中的分压电阻决定，与其所串联的分压电阻的阻值成正比。由于光电二极管承受的电压电流有限，所以，其中过零电路中的发光二极管的电流不应高于2.8mA，U1的晶闸管电路启停装置的过零电路与U1、U2相同。

3.2 U1相触发电路

U1的晶闸管电路启停装置的过零电路与U1、U2相同，输入端的发光二极管因具有单向导电性，所以发光二极管只会在加载正向电流时才会导通，其中发光二极管的导通电流范围为5～15mA，当打开输入端的硅光开关时，LED两端的电压会突然减少至极低值，电路的电压值与开路电压值接近，晶闸管电路启停装置才会打开，U1、U2、U3的晶闸管电路启停装置过零电路中的两个端口在电路中的稳定状态下不会产生函数关系，为了使整个电路不会因为外界交流电的变化而产生短路或者开路，应该加装限流电阻。为了使整个电路稳定工作，在正常的电压电流下不因受外界的干扰影响整个电路的稳态，应该加装晶闸管门极电阻，提高整个电路的抗干扰能力。为了使每个部分连接电路的阻值不受其他外界条件的变化而变化，应加装阻容吸收网格。

4 结语

电热炉温控系统利用REGHC51单片机，基于传统的溫度测控电路系统，重新加装了晶闸管电路启停装置对温度进行柔性控制，提高了热炉的输出效率，更加完善了整个加热装置的可控性，使热炉的可靠性随之增加，有着更强的抗干扰能力。电热炉的温控系统高热处理产品质量高、生产成本制制精度高、可靠性好、控制功能强、性能价格比高和使用方便的特点，使其在社会生产活动中的应用前景广阔。

参考文献：

[1]成继勋，周少武等微型计算机控制技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.