２ｏｌ４年９月 安庆师范学院学报（自然科学版） Ｓｅｐｔ．２０１４ 第２ｏ卷第３期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｑｉｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏ，ｅｇｅ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．２０ ＮＯ．３ 网络出版时间：２０１４－９一ｌ５ １６：０７网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．１３７５７／ｊ．ｅｎｋｉ．ｃｎ３４—１１５０／ｎ．２０１４．０３．０２１．ｈｔｍｌ 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） 摘要：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。 关键词：ＰＩＣ单片机；传感器；智能控制；循环利用 中圈分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００＇７—４２６０（２０１４）０３—００８６—０３ 温度参量由于具有滞后性，很难做到精确控 ＰＩＣ１８系列。根据测温、控制的要求，做到性能够 制。目前，针对控制对象的多样性和复杂性，采用 用而不浪费，选用ＰＩＣ１６Ｆ８７７作为主控单片机。 的温度控制手段也各不相同。主要有以下几种： ＰＩＣ１６Ｆ８７７具有高性能、ＲＩＳＣ（精简指令集）ＣＰＵ， ＰＩＤ调节器控温¨Ｊ。设定加热温度，给每路加 能进行在线编程调试，维护简单；可编程的Ｆｌａｓｈ存 热元件加装温度传感器，通过ＰＩＤ调节达到控温目 储器高达８ Ｋ×１４字节，数据ＲＡＭ高达３６８ Ｋ×８ 的，这种方案投资成本较大，安装维护复杂。 字节，ＥＥＰＲＯＭ数据存储器高达２５６ Ｋ×８字节，无 ＰＷＭ（脉冲宽度调制器）控温。设定加热时 需外加存储芯片嵌入控制程序；多达ｌ４个中断源， 间，通过改变ＰＷＭ占空比，驱动加热器件工作时 可多点采样监控。 间来实现对温度控制，这种方式受到环境温度、电 基于ＰＩＣ单片机精确控温系统总体架构如图 压波动、加热元件功率损失等多种因素影响，控温 １所示。温度检测模块采样后通过Ａ／Ｄ转换送 精度低，稳定性差。 ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ，经ＣＰＵ判断，发出温度控制指令； 自动补偿控温。根据工业现场仪表监测功率、 ＲＳ４８５通信接口可用于和上位机之间的通信。 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。 ＲＳ４８５遭信接口 报警及指示电路 ＰＩＣ单片机 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 Ａ，Ｄ转换接口 １．］ＣＰＵ（ＰＩＣＩ６Ｆｅ７７Ａ）Ｃ：＿Ｊ 按键扫描 杂、动态变化的物理现场进行控制 ｊ，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 ｛馥晶显示 电源 ｝１开关量输＾／输出 精炼，价格低廉，维护方便；二是功率低、反应速度 图ｌ总体架构图 快；三是驱动电流大和控制能力强。 １．２温度检测 １ ＰＩＣ精确控温技术硬件架构 温度检测模块见图２。温度传感器采用ＰＴＣ １．１ ＭＣＰＵ选取 温度探头，ＳＮ７ＰＯＡ１５００工业级温度传感器 。该 常用的ＰＩＣ单片机有ＰＩＣＩＯ，ＰＩＣ１２，ＰＩＣ１６和 传感器有三个方面优点。一是测量温度高。 ・收稿日期：２０１３一ｌ１—２４ 作者简介：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。 第３期 丁晓贵，刘桂江：ＰＩＣ精确控温技术及其应用研究 ・８７・ ＳＮ７ＰＯＡ１５００采用热电偶测温原理，其测量温度高 达１ ５００℃，适合１ ２５０ ｏＣ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 熔炉 ．ＩＳＮ７Ｐ １５００ 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 Ｘ １ ０００ ０００—２７３．１５ 式中单位Ｔｅｍｐ为摄氏度，Ｉ为安培。 信号调理部分卜 Ａ 转换部分 －－｛ＰＩ￣Ｉ６Ｆｇ７７Ａ 图２温度检测模块图 １．３温度控制模块 ／／Ａ／Ｄ转换初始化子程序： ｖｏｉｄ ａｄｉｎｉｔｉａｌ（） 控制回馈 Ｊ，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 据表明温度低于用户设定的温度，则控制核心就会 ｛ ＡＤＣＯＮ０＝Ｏｘ４１；／／选择Ａ／Ｄ通道为ＲＡ０，且 出相应的指令来控制温度。例如，若采集的温度数 打开Ａ／Ｄ转换器 ／／在工作状态，使Ａ／Ｄ转换时钟为８Ｔｏｓｅ ＡＤＣＯＮ１＝０Ｘ８Ｅ；／／转换结果右移，及ＡＤ— ／／把ＲＡ０口设置为模拟量输入方式 ＡＤＩＥ＝１；／／Ａ／Ｄ转换中断允许 发生升高温度的控制指定，打开电源开关，驱动加热 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、半导冷模块等降 温，从而达到控制温度的目的。 装置工作；若采集的温度数据表明已高于用户设定 ＲＥＳＨ寄存器的高６位为”０” ＰＥＩＥ＝１；／／外围中断允许 ＴＲＩＳＡ０＝１；／／设置ＲＡ０为输入方式 ｝ 读ＡＤＲＥＳＨ寄存器就能得到ＡＤ转换值了。 ２．２温度控制 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。 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。 Ｖｏｉｄ ｊｕｄｇｅ＿．ｔｅｍｐ（ｔｅｍｐ） ｛ ｉｆ（ｔｅｍｐ＜ｍｉｎ＿＿ｔｅｍｐ）／／当前温度低于阈值 ｕｐ＿ｔｅｍｐ（）；／／升温 ｉｆ（ｔｅｍｐ＞ｍａｘ＿ｔｅｍｐ）／／当前温度低于阈值 ｄｏｗｎ＿ｔｅｍｐ（）；／／降温 ｝ ３ ＰＩＣ精确控温技术在电子废弃物循 环利用中的应用 图３软件流程图 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 ］，见图４。它是在 ２．１ 温度初始化和采集 在ＰＩＣ１６Ｆ８７７中，ＡＤＣ模块相关的寄存器有４ 完成电子废弃物外表附属物拆除之后，进行机械破 个，分别是ＡＤＲＥＳＨ，ＡＤＲＥＳＬ，ＡＤＣＯＮ０和ＡＤ． 碎，装入卡尔多炉，利用氧油喷插入炉内燃烧进行 ＣＯＮ１。 熔炼。炉内温度保持在１ ２５０ ｏＣ以上。熔炼时间大 ・８８・ 安庆师范学院学报（自然科学版） ２０ｌ４年 约１．５个小时，待电子废弃物完全热解为液态后，再 析，按照预先设定的程序，让执行设备加热或冷却。 利用金属熔点不同，冷却凝固，实现不同熔点的贵金 ＰＩＣ精确控温技术在电子废弃物循环利用中的应用 属和废渣自动分离 Ｊ。 创新之处在于：温度控制方式由监督控制变为智能 精确温度控制是实现电子废弃物循环利用的关 控制，使得温度控制精度高、速度快；ＰＩＣ具有在线 键技术之一。通过ＳＮ７ＰＯＡ１５００工业级温度传感器 开发能力，使其开发周期短。技术改进后，产生了明 对熔炉多点采样，送入ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ微处理器进行分 显的效果，如表ｌ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。 ｃｌｉｎｇ，２００７（５１）：６９１－７０９． ［３］Ｊｉ Ｍ，Ｉｋｕｔａ Ｙ．Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ－ｂａｓｅｄ ｍａｔｅｉｒｌａ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ｍｏｌｄｉｎｇ ｒｅｓｉｎ ｆｏｒ ｅｌｅｔｒｏｎｉｃ ｐａｒｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ， 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． 参考文献： ［１］Ｈ．Ｍ．Ｖｅｉｔ，Ｔ．ＩＬ Ｄｉｅｈ１．Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２００５（２５）：６７ —［５］Ｊｏｎｅｓ Ｄ Ａ，Ｌｅｉ ｙｉｅｌｄ，ｅｔ １ａ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｈｅａｔｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｅｎｖｉ－ ｒｏｎｍｅｎｔｌａ ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ：ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅ－ ｃｙｃｌｉｎｇ，２００２，３４：７５—９０． ７４． ［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． ［２］Ｗｉｌｌｉａｍ Ｊ，Ｅ Ｗｉｌｌｉａｍｓ．Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｍａｔｅｉｒａｌｓ ｆｒｏｍ ｓｃｒａｐ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｃｒｕｉｔ ｂｏ￣ｓ［Ｊ］．Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｃｙ－ 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） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｌＣ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｙｎ￣ｃ ｃｈａｎｇｅｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｏｐｅｎ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｈａ￣ｄｗ＇ａｒｃ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔｗｏｒｋ．ｈａｌｄｗａｒｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｎｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＰＩＣ ｐｒｅｃｉｓｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎｔｃｒｏｌ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｔｃｔｅｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗ ａｎｄ ｐａｒｔ ｏｆｔｈｅ ８０ ｃｏｄｅ ａｒｅ ｉｖ－ｇ ｅｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｕｓｉｎｇｔｈｅＰＩＣ ｐｒｅｃｉｓｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｔｃｈｎｏｌｅｏｇｙｏｎｔｅ ｒｈｅｃｙｃｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｌｃｔｅｒｏｎｉｃｗａｓｔｅ，ｔｅ ｈｓｙｓｔｅｍ ｅｆｉｆｃａ－ ｃｙｉｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＩＣ ＭＣＵ，ｓｃｎｆｌｏｒ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ。ｃｙｃｌｉｃ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
