2 炉温控制系统的硬件设计
温度控制系统采用三相可控硅调电压法调节温度，整个系统采用韩国三星公司的 S3C44BOX(16／32位)作为主控制器，并采用Casio的CMD520TTOO-Cl型LED显示，触摸屏为阿尔卑斯电气(Alps E1ectrie)株式会 的ALPS 9，此外还有一个通信串口、A/D转换器、存储器Flash ROM、SDRAM、3个三相可控硅等。外部CPU晶振为8MHz，系统内部时钟为66MHz。系统硬件原理框图如图2所示。
2．1 存储器
本设计中的程序存储器选择一片2MB×l6位的Flash(SST39VFl60)和一片4M×l6位的SDRAM(HY57V65160B)。其存储器电路 连接图如图3、图4所示。
如图3所示，处理器是通过片选信 NGCSO与片外Flhsh芯片连接。由于是16位Flash，所以CPU的地址线A1~A20分别与Flash的地址 线A0~A19连接。如图4所示，SDRAM分为4个Bank，每个Bank的容量为1M×l6位。Bank的地址由BAl、BA0决定，00对应 Bank0，0l对应Bankl，lO对应Bank2，11对应Bank3。在每个Bank中，分别用行地址脉冲选通RAS和列地址脉冲选通CAS进行寻 址。本设计中还设置了跳线，可以为用户将内存容量升级至4×2M×l6位。具体方法：使SDRAM的BAO、BAl分别接至CPU的A21、A22和 A23脚。SDRAM由MCU专用SDRAM片选信 nCS选通。
2．2 串行口接口电路
本设计中内部数据通过并行总线到达发送单元后，进入FIFO对列，然后再从发送移相器通过TXDn引脚发送出去。但是为了与计算机通用串行口兼容，还需要 使用MAX3232芯片将3．3V的TTL／CMOS电平转换成与普通串行口兼容的信 后，用于与外设进行通信。数据接收的过程刚好相反，外部串口信 需 先经MAX3232做电平转换，然后由RxDn进入接收移相器，经过转换后放到接收FIFO对列中，最后到达数据总线，由CPU进行处理或直接送到存储器 中(DMA方式下)。串行口接口电路 如图5所示。
2．3 人机界面显示设计
由于S3C44BOX内部有LCD控制器，故选择不带驱动器的液晶。本设计选择日本卡西欧(Casio)的CMD520TT00-C1型LCD(STN类 型)，256色．5．1英寸，320×240像素，其电源电压3．3V，因此可直接和S3C44BOX相连。其LCD控制器端口如图6所示。
触摸屏选为阿尔卑斯电气(Alps Electric)株式会 的ALPS LFUBK909 STN，四线电阻式触摸屏，320×240点。5．2英寸。其与控制器的端口接线如图7所示。
2．4 信 放大电路 设计
热电偶信 经多通道转换开关4051至由三个运算放大器组成的差动放大电路，放大器采用低失调电压、电流、高输入电阻的5G7650。在放大电路部分采用数字电位器为50kΩ的X9312进行多量程转换。差动放大电路 如图8所示。
2．5 PWM定时器接口
本设计采用PWM脉冲发送给三相可控硅信 来控制晶闸管的关断，通常是通过输入通道将温度 传感器感受到的被控对象(当前温度)转变为数字量并输入到控制器中，控制器求出输入的当前温度值与设定值的偏差，并根据该偏差进行自适应的模糊，PID运 算，最后根据PID运算的结果，通过功率调节电路改变给定周期内加热丝的通电时间来实现对温度的控制。用PWM输出脉冲调节功率的实质是利用占空比的调节 来改变加热丝的平均功率。功率调节电路 是控制系统的执行机构，要求能根据需要对输出功率进行精确的调节，它是系统中最关键的组成部分之一，也常常是故障率最高的部分。
用MAX876产生IOV精密电压基准，输出误差为±7mV，配合OP07产生lOmA恒流源，运算放大器工作在开环状态，由于同相端和反相端的压差几乎 为零，运算放大器的偏置电流可以忽略不计，所以产生lOmA的电流通过100Ω的铂电阻。查铂热电阻(Ptl00)的分度表可知，0℃为100Ω，加℃为 107．79Ω，大约每升高1℃，热电阻的阻值增加为0．39Ω，那么热电阻的电压变化为0．0039V。而s3c44BOX内置10位A／D转换器，基 准电压为2．5V，分辨率为0．00244V，所以10位A/D转换器能满足精度要求。具体如图9所示。
冷端温度测量的输出接在S3C44BOX的A／D转换器的AIN0通道上。
2．7 系统时钟与复位电路 设计
系统CPU外部晶振频率为8MHz，由于S3C44BOX内部有锁相环，CPU主频可几倍于外部晶振(CPU主频可通过软件设定)。用于系统实时时钟的备用锂(Li)电池电源，系统实时时钟频率为32．726kHz。
系统内部有看门猗电路，可以通过软件设定看门狗时间。但是为了系统的可靠性。设计了系统的硬复位电路 ，它通过斯密特74hel4触发器复位。
3 温度控制系统的软件设计
3.1 主控模块及其功能
主控模块程序主要由S3C44BOX的初始化程序、定时器的初始化程序以及一个循环控制结构组成。
程序开始执行时，首先设置堆栈指针，建立一个软件堆栈区；由于S3C44BOX的I／O口多为复用模式，因此需要对I／O口控制寄存器进行设置，选择工作 方式；程序还需要设置内置看门狗，以保障软件的可靠运行。CPU的高速输出器HSO用于按程序设定的时间产生中断，这就是软件定时器。系统采用软件定时器 中断，以定时器1作为时间基准，对HSO寄存器进行设置，同时对外围芯片及触摸屏显示器进行初始化。其程序流程图如图10所示。
3．2 中断服务模块
系 统中利用一个软件定时器来产生定时中断，它决定了模糊控制算法的采样速率。图11是软件定时器中断服务程序的流程图，该程序是控制系统的核心软件，完成 A/D采样、滤波、数据处理、越限 警等任务，同时确定操作方式(手动或自动)，根据要求调用相应的控制算法，通过算法获得所要求的控制电压去驱动三相可 控硅触发，最后返回主程序。各功能由相应的功能模块来完成。
本课题为辽宁省阜新市阜煤集团热处理分厂的多个温控炉改造项目中的一部分。将本控制系统安装在渗碳炉上，在各种工况下对试件进行渗碳，通过渗碳结果分析， 表明完全满足改造要求：(1)温控系统改造后，工作最高温度950℃，炉温均匀性≤±3℃，控温精度≤±1．5℃。(2)加装渗碳部分的自动控制系统，碳 势控制精度≤±0．05％。(3)加热器换新，炉衬修复等
