（机械设计及理论专业论文）微波高温加热控制系统的构筑及智能控制算法的探讨.pdf

摘要 摘要 微波能工业领域的应用已经有6 0 多年的历史。但多用于低温段( 5 0 0 ( 2 ) ，高温加 热应用还处于初始阶段。由于微波高温加热工作过程的特殊性，难以精确地控制温度， 影响微波烧结设备实际应用。 本文采用计算机两级控制的结构对微波加热过程进行温度控制，由上位机和下位机 两部分组成。下位机包括主控与运算模块、。程序及数据存储器模块、温度采集模块，功 率控制模块、人机接口模块、通信模块、以及辅助模块等组成。完成温度的实时控制， 数据采集传送，显示和监控等任务。上位机接收和保存下位机传送过来的温度数据，并 采用人机界面，显示实时动态曲线。 针对微波加热过程的非线性、时滞、随机性和动态时变等特性，分析了传统p i d 控 制算法的基本原理，针对微波加热的特点改进算法。通过对被控系统模型参数测量和识 辨，调整实际的烧结试验，得到了比较满意的控制结果。 ， 关键词：微波；高温加热；控制系统 a b s t r a c t m i c r o w a v ee n e r g yh a sb e e nu s e do v e r6 0y e a r si ne n g i n e e r i n gi n d u s t r y ni ss u c c e s s f u l f o rl o wt e m p e r a t u r e ( u a 。时才会有静态阳极电 流，即产生了微波振荡功率众所周知，微波功率的输出与阳极电压存在一个非线性关 系 2 1 1 以2 m 2 1 9 - - j 型输出功率为8 0 0 w 多腔磁控管为例，为了测量加热腔内的功率， ， ， - 1 8 。 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 在系统匹配的情况下，我们取常温下一固定体积v = 2 5 0 m l 的水，加热时间1 分钟，进 行功率的间接测量，试验系统见图3 1 0 所示： 匹配朔i $ i 图3 - 1 02 m 2 1 9 - j 型磁控管试验系统 f i 9 3 一1 02 m 2 1 9 - j m a g n e t i c c o n t r o l l i n g t u b e t e s t i n g s y s t e m 置于加热器中水吸收的热量 q = c r o a t = 4 2 x 1 0 3 o 2 5 ( t i 一气)( 3 1 2 ) 其中：q 水吸收热量，单位：焦耳( j ) m 一水的质量，、 单位：千克( k 曲 。 c 水的比热，单位：焦耳千克度( j k g ) t o - 水的初温，单位：( ) t 。一水的末温，单位：( )。 分别计算出每一组强电压下水吸收的热量，然后折合成功率， 因为p = 兰 ( 3 1 3 ) f 其中：p 吸收功率，单位：瓦( v o ，- 磁控管发射时间，单位：秒( s ) 表3 - 2 加热时间与腔电压之间的关系 t a b l e3 - 2t h er e l a t i o nb e t w e e nh e a t i n gt i m ea n dc a v i t yv o l t a g e 2 2 0 0 6 8 92 4 2 0 05 3 0 51 9 0 6 1 9 - 一 苎三兰垡垫壹塑塑垫丝型至竺堡丝望堡 多次重复试验取得的数据一致，并且把功率与电压之间的关系绘出一条曲线，见图3 - 1 1 所示从图中可以看出，磁控管的输出功率随着腔电压的下降而下降，里非线性关系。 当我们调节变压器原边电压时，就可以间接控制腔电压而达到功率连续调节的目的。 图3 - i i 输出功率与腔电压关系曲线 f i g 3 1 1t h er e l a t i o nc u r v eb e t w e e no u t p u tp o w e ra n dc a v i t yv o l t a g e 压( v ) 3 3 2 2 数字连续调功的实现。 为了实现对磁控管强电压的控制，可以采用双向可控硅器件控制变压器原边电压。 双向可控硅是一种理想的快速交流开关，与传统的接触器继电器系统相比，其主回路 甚至包括控制回路都没有触头及可动的机械机构，因而，不存在电弧、触头磨损和熔焊 等问题，可实现无触点功率连续可调c 2 2 3 。 由双向可控硅的特性可知，欲使双向可控硅中通过交流电流，必须在每半个电流周 期对元件进行一次触发；只有在元件中通过的电流大于擎住电流后，才能在去掉触发脉 冲后维持元件继续导通；只有当元件中通过的电流下降到维持电流以下时，元件才能关 断，并恢复阻断能力；元件过零关断后，必须再次进行触发才能重新导通。 双向可控硅的基本工作方式是相位控制，即通过改变双向可控硅的导通角来改变负 载上的电压和功率， 设输入的交流电源电压为p ( f ) = 既s i n o ；t( 3 - 1 4 ) 2 0 ， “ 第三章微波高温加热拧制系统硬件设计 ；忽略可控硅的正向导通压降和反向漏电阻， 。 一 一 可控硅的控制角为口，则可控硅输出电压以( f ) 的波形如图3 1 2 所示 在电源电压的正负两半周内，双向可控硅元件均在同一控制角口以后导通时，负载 上可得到正负半轴对称的交流g a 玉, 。改变口的大小，即可改变负载上交流电压值的大小。 。 负载上交流电压的有效值c l 与控制角口的关系为： 饿新 口配黟 7 图3 一1 2 交流电压的调压波形图 “ f i g 3 - 1 2t h ea d j u s t i n gv o l t a g ew a v ec h a r to f a c 、 t ， ， 、 ( 3 1 5 ) 其中：e 交流电压的有效值。、 ，7 ： 。t 。 ， 口一- 控制角 4。，。 r n 由上式可以看出，只有当口= o 。，即可控硅劝导同时以：年；e 2 ， 此时，可控硅输出电压有效值等于电源电压有效值。可控硅在不同控制角时的输出 电压有效值与电源电压有效值之比：。 粤：# - o + 1s i n 2 0 t ， 。( 3 - 1 6 ) e 一 。 由上式可知，改变控制角o r 即可达到调压的目的。对于阻性负载，控制角范围可以 从0 。变化到1 8 0 。因为我们要控制的是感性负载，要特别注意“不对称运行”问题。 电感性负载的直流电阻远比交流电阻小得多，因此，不对称电压中包含的直流分量，不 ，仅可以使变压器直接磁化，而且还会引起很大的过电流，烧坏变压器、保险和双向可控 硅。 。 。 一 - 2 1 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 ( 1 ) 过零检测电路 + 交流电压过零检测作用是检测出正弦电源每周期的两个过零点，作为信号的计时起 点。和比较器l m 3 2 4 组成，见图3 1 3 。其中u l 是经同步变压器降压后的正弦同步信 号，由过零变换电路l m 3 2 4 变成1 8 0 。的方波信号送入单稳态电路7 4 l s l 2 3 的两个触发 端( 2 ) 脚和( 9 ) 脚。( 2 ) 脚的上升沿触发7 4 l s l 2 3 使其( 1 3 ) 脚输出一宽度由r 5 和c 2 确定的 矩形脉冲，( 9 ) 脚的方波下降沿触发7 4 l s l 2 3 使其( 5 ) 脚输出一宽度由r 6 和c 3 确定的矩 形脉冲。这两个脉冲经过序列经过或非门后形成交变的正负过零脉冲，其下降沿准确地 对应了正弦信号的每个过零点，作为单片机的外中断触发信号。 图3 1 3 交流电压过零检测电路 f i g 3 1 3t h ez e r op a s s a g et e s t i n gc i r c u i to f a c j ( 2 ) 双向可控硅触发电路 7 。双向可控硅触发电路是由7 4 0 7 、9 0 1 3 ，m o c 3 0 2 1 、双向可控硅组成，双向可控硅 是一种理想的快速交流开关，可以通过改变双向可控硅的导通角来改变负载上的电压和 功率。采用双向可控硅器件控制变压器原边的电压具体电路，见图3 1 4 。 其工作过程如下，首先由过零检测电路检测出交流电压的过零时刻，引发单片机的 外中断。中断产生后，单片机通过定时器t 1 设定触发角口的大小来进行功率的调整。 当p 1 7 为高电平时，n p n 9 0 1 3 导通，光电耦合器m o c 3 0 2 1 输入端有电流输入，输出 端的双向可控硅导通，触发外部的双向可控硅工作。当驱动电路7 4 0 7 输出低电平时， 2 2 - 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 9 0 1 3 截止，光电耦合器m o c 3 0 2 1 的输出端的双向可控硅关闭，停止加热。在电源电压 的正负 。 图3 一1 4 双向可控硅触发电路 f i g 3 - 1 4t h et o u c ho f f c i r c u i to f d o u b l ed i r e c t i o nc o n t r o l l a b l es i l i c o n 两个半周内，双向可控硅均在同一控制角口以后导通时，负载上可以得到正负半周对称 的交流电压。改变口的大小，即可以改变负载上交流电压值的大小，功率可以连续变化。 ( 3 ) m c u 控制电路 m c u 控制电路包括单片机a t 8 9 c 5 2 、按键输入、液晶显示等。 。 综上所述，要想实现连续调压，关键是控制双向可控硅的导通角口，由过零检测电 路检测到交流电的正向过零和负向过零时刻，然后送至单片机进行处理，单片机便根据 键盘设定的功率值延迟相应的时间送出一个负脉冲，宽度超过2 4 1 s 。但是宽度不能太 宽，否则将导致双向可控硅误动作。延迟时间变化双向可控硅控制角盯也跟着变化，输 出电压也随之改变，此电压送至磁控管腔变压器的原边，实现连续调功的目的。 3 3 3 人机接口模块 3 3 3 1 键盘输入部分 键盘在单片机应用系统中是一个很关键的部件，它能实现向计算机输入数据、传送 命令等功能，是人工干预计算机操作的主要手段。在本系统中，键盘主要用来输入陶瓷 材料烧结工艺参数、系统的启动和停止、系统时间的设定等功能，对按键的数量要求较 多，因此我们采用矩阵式键盘的设计方法蛳 由于系统的端口资源紧张，所以设计中将在键盘挂在数据总线上。系统设计的电路 如图3 1 5 所示。 。 - 2 3 一 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 键盘的工作原理：由于系统的i o 断口资源紧张，通过p 2 口的p 2 4 p 2 6 扩展了 7 4 l s l 3 8 。键盘的片选端为k e y 0 x a 0 0 0 】。当k e y 为高电平时，与读信号r d 相或后接 总线驱动器h c 2 4 4 输出使能端，使h c 2 4 4 的数据总线平时处于高阻态。读键盘时，先 将k e y 置为低电平，向地址锁存器h c 3 7 3 写入数据0 x 0 0 ，然后读h c 2 4 4 的输出，如 果读出数据低5 位不为高，则说明有按键按下，经软件消抖，采用逐行扫描的方式，将 h c 3 7 3 引脚逐个置低，再读h c 2 4 4 ，直至获得相应的编号。读键盘程序设计见附录b 中的g e t k e y 0 函数。 图3 - 1 5 矩阵式键盘接口电路 f i g 3 1 5m a t r i xp a r e mi n t e r f a c ec i r c u i to f k e y b o a r d 通过上述的方式设计键盘，可以控制多达“个按键，而且只占用系统很少的端i z l 资源。 可以满足多种系统的设计要求。 。 “ 3 3 3 2 液晶显示部分 在微波高温加热过程中，通过液晶可以显示输入的陶瓷烧结的工艺参数，和系统的 工作状态，液晶显示部分采用s e d l 3 3 0 作为控制芯片，s e d l 3 3 0 是日本s e i k o e p s o n 公司出品的液晶显示控制器，它在同类产品中是功能最强的c 2 4 其特点； 一2 4 - ， 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 1 具有较强功能i o 缓冲器； ， 2 指令功能丰富； ，3 四位数据并行发送，最大驱动能力为6 4 0 * 2 5 6 点阵； 一 4 图形和文本方式混合显示。、 ” 。 s e d l 3 3 0 引脚图和电路原理框图分别见下页图。s e d l 3 3 0 硬件结构可分成m p u 接 口部，内部控制部和驱动l c m 的驱动部。下面分别叙述这三部分的功能，特点及所属 的引脚功能2 5 1 。 “ 图3 1 6 s e d l 3 3 0 引脚图 ， f i g 3 - 1 6s e d l 3 3 0e n c a p s u l a t e dp a c k a g e 、 “l 飞删 l e x t e r n a li “i 1corom il嬲俅澜 ic gl li 。1 蚤 蘸 逢。聪骥 非隧l + 斟科i 羹 lv 轰：h 妇e “l 网i tf 。：e 1 一 。 lr _1 1ii 一 l 攀”叫i 骅，吲攀l 埘= i 碡臣乎固 ，i l1 ”。l ：t = i ，旧 图3 - ”s e d l 3 3 0 原理图 f i g 3 1 7t h es c h e m a t i cd i a g r a mo f s e d l 3 3 0 一 一 2 5 + k 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 ( 1 ) 接口部 一。 s e d l 3 3 0 接口部具有较强功能的i o 缓冲器，功能较强表现在两个方面： 其一：m p u 访问s e d l 3 3 0 不需判其“忙”，s e d l 3 3 0 随时准备接收m p u 的访问并 在内部时序下及时地把m p u 发来的指令、数据传输就位。 其- - ：s e d l 3 3 0 在接口部设置了适配8 0 8 0 系列和6 8 0 0 系列m p u 的两种操作时序 电路，通过引脚的电平设置，可选择二者之一。 s e d l 3 3 0 接口部由指令输入缓冲器、数据输入缓冲器、数据输出缓冲器和标志寄 存器组成。这些缓冲器通道的选择是由引脚a 0 和读写操作信号联合控制的。忙标志寄 存器是一位只读寄存器，它仅有一位“忙”标志位b f 。当b f = i 时表示s e d l 3 3 0 正在 向液晶显示模块传送有效显示数据。在传送完一行有效显示数据到下一行传送开始之间 的间歇时间b f = 0 。当大屏上大量显示数据修改时在b f = 0 传送不会影响屏的显示效果。 s e d l 3 3 0 接口部所属的引脚如下： d b 0 一d b 7 ：三态，数据总线。可直接挂在m p u 数据总线上 ( dc s ：输入，片选信号。低有效。当m p u 访问s e d l 3 3 0 时，将其置低 。 a o ：输入，f o 缓冲器选择信号，a 0 = i 写指令代码和读数据，a 0 = 0 写数据和参数和 读忙标志。 。 。 r d ：输入， w r ：输入， 8 0 8 0 系列m p u 接口：读操作信号； 6 8 0 0 系列m p u 接口：使能信号； 8 0 8 0 系列m p u 接口：写操作信号； 6 8 0 0 系列m p u 接口：读写信号； r e s ：输入，复位信号，低有效。当重新启动s e d l 3 3 0 时还需用指令s y s t e m 。 s e l 0 ，s e l l ：输入，接口时序类型选择信号。 一 s e l 0s e l l 方式 r dw r 00 “8 0 8 0 系列r dw r ， l0 6 8 0 0 系列 ei v w l无效 ( 2 ) 控制部 s e d l 3 3 0 控制部是s e d l 3 3 0 的核心。它由振荡器，功能逻辑电路，显示r a m 管 理电路，字符库管理电路、以及产生驱动时序的时序发生器。振荡器可工作在i m 1 0 m h z 范围内。s e d l 3 3 0 能在很高的工作台频率下迅速地解译m p u 发来的指令代码，将参数 置入相应的寄存器内，并触发相应的逻辑功能电路运行。控制部可以管理6 4 k 显示 t。 。 2 6 - 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 r a m ，管理内藏的字符发生器及外扩的字符发生器c g r a m 或e x c g r o m 。 s e d l 3 3 0 将6 4 k 显示r a m 可分成发下几种显示特性。 文本显示特性 具有此特性的显示r a m 区专用于文本方式显示。在该显示r a m 区中每个字节的 数掘都认为是字符代码。s e d l 3 3 0 将使用该字符确定字符库中字符首地址，然后将相 应的字模数据传送到液晶显示模块上。在液晶屏上出现出该字符的8 * 8 点阵块。也就是 文本显示r a m 的一个字节对应显示屏上的8 * 8 点阵。 图形显示特性 具有此特性的显示r a m 区专用于图形方式显示。在该显示r a m 区中每个字节的 数据直接被送到液晶显示模块上，每个位的电平状态决定显示屏上一个点显示状态， “1 ”为显示，“0 ”为不显示。所以图形显示r a m 的一个字节对应显示屏的8 1 点阵。 s e d l 3 3 0 中专有一组寄存器来管理这两种特性的显示区，s e d l 3 3 0 可以单独显示 个显示特性区，也可以两个特性的显示区通过某种逻辑关系合成显示。这些显示方式 及特征的设置都是通过软件指令设置实现的。 字符发生器 s e d l 3 3 0 管理内藏字符发生器c g r a m ，在此字符发生器内固化了解1 6 0 种5 * 7 点阵字符的字模。s e d l 3 3 0 还能外扩字符发生器。这种外扩字符发生器在用r a m 区 开辟的c g r a m ，也可用e p r o m 固化字库来取代s e d l 3 3 0 m 内部字符发生器。由于 s e d l 3 3 0 仅能8 位字符代码，所以一次最多只能显示及建立足点2 5 6 种字符。在s e d l 3 3 0 的字符表中给出了内部字符。在s e d l 3 3 0 的字符表中给出了外扩字符发生器内的全部 内容。同时出给出了外扩字符发生器的字符代码范围：8 0 h 9 f h 和e o h - f f h 共6 4 种。 控制部所属的引脚有： ( a ) x g ，d x ：内部振荡器的输入和输出。可接i m - 1 0 m h z 的晶振。 ( b ) v a 0 v a l 5 ：输入，管理显示r a m 的地址总线。 ( c ) v d 0 v d 7 ：三态，显示r a m 的数据总线。v r w = 0 时为输出状态。 ( d ) v r f w ：输出，显示r a m 的读，写操作信号。v r w = 0 为写显示r a m 。 ( e ) v c e ：输出，显示r a m 的片选信号。 ， ( f ) t e s t l ，2 ，撑：测试端。 ，。 ( 曲v d d ：逻辑电源+ 5 v 。 ， ( h ) v s s ：逻辑电源g n d 。 ( 3 ) 驱动部 。 2 7 一 兰三兰塑茎苎塑垫垫丝型墨竺堡堡堡盐 s e d l 3 3 0 驱动部具有各显示区的合成显示能力，传输数据的组织功能及产生液晶 显示模块所需要的时序。s e d l 3 3 0 向液晶显示模块传输数据的方式为4 位并行方式。 其所属引脚功能如下： + ( 1 ) x d 0 3 ：输出，列驱动器数据； ( 2 ) x s c l ：输出，列驱动器的位移时钟信号。等效c p 信号： ( 3 ) x e c l ：输出，列驱动器使用权能信号； ( 4 ) l p ：输出，数据锁存信号； ( 5 ) w f ：输出，交流驱动波形： ( 6 ) y s c l ：输出，行驱动器的移位脉冲信号； ( 7 ) y d ：输出，帧信号； ( 8 ) y d i s ：输出，液晶显示驱动电源关信号； 3 3 4 通讯模块 在本控制系统中，由红外测温仪采集到的温度数据，需要传给上位机。上位机具有 强大的监控和管理功能，我们利用v b 6 0 提供的m s c o m m 控件，作为串行通讯的通 道，来接收单片机传送的数据。单片机具有快速灵活的特点，通过p c 机的r s - 2 3 2 串 行接口与单片机进行通讯，是我们解决这个问题的方法1 2 6 。 ，； 4 槲； 。 图3 一1 8 串行通讯原理图 ； f i g 3 一1 8t h es c h e m a t i cd i a g r a mo f s e r i a lc o m m u n i c a t i o n 目i ； 的p c 机都有至少一个串行通讯端1 2 1r s 2 3 2 ，r s 2 3 2 端口可用于两台计算机 2 8 4 j 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 之间进行通讯，r s 2 3 2 的逻辑电平用正负电压表示，且信号使用负逻辑，逻辑0 的电 压范围是+ 5 v + 1 5 v ，而逻辑l 的电压范围是一5 v 一1 5 v ，r s - 2 3 2 端口是计算机 与其他设备沟通到的最常用的接口，不但实作简单，而且价格便宜。在单片机的内部有 一个全双工的异步串行i o 口，它的输入和输出使用5 v 逻辑而不是r s 2 3 2 的电压，如 何进行两种信号的转换，是连接时需要解决的问题，事实上，解决的方法很简单，只需 使用一个诸如m a x 2 3 2 这样的专用芯片a 0n - i 眩7 1 。电路结构见图3 1 8 。m a x 2 3 2 包含两 个将t t l 输入转换成r s 2 3 2 输出的驱动器，还包含两个将r s 2 3 2 输入翻译成c m o s 输出的接收器，这些驱动器和接收器具有反向的功能。4 个外接的电容大小为1 , u f ，如 果使用电解电容，注意极性，引脚6 的电压为负，因此它的电容的正极连接到地，电容 等级至少为1 5 v 。 。 3 3 5 其他辅助模块 t _ 十 3 3 5 x 5 0 4 5 。 m 。 x 5 0 4 5 把四种常用的功能- 上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁保护的 串行e 2 p r o m 存储器组成在一个封装之内。这种组合降低了系统成本，减少了电路板 空间和增加了可靠性。 。 图3 1 9 x 5 0 4 5 原理图 。 f i g 3 - 1 9t h es c h e m a t i cd i a g r a mo f x 5 0 4 5 向器件加电时激活了上电复位电路，它保持r e s e t r e s e t 有效一段时间。这可使 2 9 口 第三章微波高温加热拧制系统硬件设计 电源和振荡器稳定，然后微处理器再执行代码。 看门狗定时器对微处理器提供了一个独立的保护机制。当系统故障时，在可选的超 时时问之后，器件将激活r e s e t r e s e t 信号，用户可以从三个预置的值中选择一个超 时时间，一旦选定，即使在断电后重启电源时也不会改变。 器件的低v ：检测电路，可以保护系统免受低电压之影响，当v 二降到最小v ：转换 点以下时，系统复位。复位一直持续到、么回到正常工作电平并且稳定为止。x 5 0 4 5 的 存储器部分是具有x i e o r 块锁保护的c m o s4 k b 串行e 2 p r o m ，该阵列内部的组织是 8 。器件具有s p i 接口特性，其软件协议允许工作在一个简单四线总线上。原理图见 3 1 9 所示瑚。 。 3 3 5 2d s l 2 8 8 7 “ d s l 2 8 8 7 时钟芯片具有功能更强、接口和编程更加方便、性能价格比更高的优点。 d s l 2 8 8 7 的特点是捌： 。 ， ( 1 ) 具有完备的日时钟、闹钟及百年日历功能。 ( 2 ) 可编程的周期性终端机方波发生输出。， ( 3 ) 5 0 字节低功耗带掉电保护的用户r a m 。 。 ( 4 ) 该芯片是可以带后备电池的低功耗高速c m o s 器件。芯片引脚及结构如下图所 示： ， 。 a d 0 a d 7 ：地址数据复用总线 n c ：空角 jm o t ：总线类型选择 c s ：片选 a s ：a l e r w ：在科t e l 总线下为w r d s ：在i n t e l 总线下为r d 。 r e s e t ：复位信号 7 i r q , 中断请求输出 s q w ：方波输出 ：v c c ：+ 5 v 电源 g n d ：电源地 3 0 - f 图3 - 2 0d s l 2 8 8 7 脚封装图 f 谵3 2 0d s l 2 8 8 7e n c a p s u l a t e dp a c k a g e 砉|眦一惦一m蕊虬脯船一 弘嚣笠弧坶瞎”憾b傍 0 2 3 4 ，6 7 3 9 m 瞳 翟篇麓怒慧黧 一 苎三兰塑垫壹塑垫垫丝型墨竺堡堡堡盐 图3 - 2 1d s l 2 8 8 7 组成框图 f i g 3 2 1t h es c h e m a t i cd i a g r a mo f d s l 2 8 8 7 图3 - 2 2 程序流程图 f i g 3 - 2 2t h ep r o g r a m m i n g f l o w c h a r t 第三章微波高温加热控制系统硬件设计 内部结构如图3 2 l 所示，由振荡电路、分频电路、周期中断方波选择电路、1 4 字 节时钟和控制单元、1 1 4 字节用户非易失r a m 、十进制仁：进制计时器、总线接口电路、 电源通断写保护单元和内部锂电池等部分组成。软件流程如图3 2 2 所示。 d s l 2 8 8 7 的四个寄存器在任何时间都可以访问。通过对四个寄存器的访问，控制时 钟芯片的频率、时钟、日历的设置和中断的申请。利用d s l 2 8 8 7 的中断，在时钟设置 时使响应的液晶显示闪烁，在正常情况下保持1 秒钟刷新一次，保证了线时的稳定性。 用户可随时对显示的时间、日历、安全运行天数进行修改，所修改的参数保存在d s l 2 8 8 7 的非易失r a m 中，当发生掉电后，重新加电时，从r a m 中读出参数，通过比较r a m 中的数据的日期自动对用户所设置参数进行修复。 第四章微波高温加热控制系统软件设计 i 。 第四章微波高温加热控制系统上位机软件设计， 在工业生产对自动化要求越来越高的今天，利用计算机实行监测和控制已十分普 遍。在这台微波高温加热设备中我们采用了串行通讯技术来解决上下位机的数据传送问 题。串行通讯技术的特点是传输线少、成本低，与并行通讯相比较，其通讯距离长、传 输速率较低、编程相对简单。如图4 1 所示，为微波高温加热控制系统上位机的主界面 显示，用户在每次烧结试验之前可以建立一个数据表来保存试验过程中的温度数据，便 于日后查询。 f i g 4 1t h em a i nf o r md i s p l a yo f p cs o f t w a r e v b ( v i s u a lb a s i c ) l t 于支持面向对象的程序设计具有结构化的事件驱动编程模式、可 d 。 3 3 ，“ 第四章微波高温加热控制系统软件设计 使用大量的第三方空间并能十分简便的设计出良好的人机界面，已成为w i n d o w s 系统开 发的主要语言之一，并以其高效，简单易学及功能强大的特点越来越为广大软件开发人 员所青睐。串行通讯作为计算机数据通讯的一种手段，在微机监控系统中有着广泛的应 用。传统的方法是利用w i n d o w s a p i 来实现该平台的串行通讯，极为烦琐。基于a c t i v e x 技术的m s c o m m 控件为开发w i n d o w sx p 串行通讯程序提供了极大的方便。该控件 “隐藏”了大部分串口通讯的低层运行过程和许多烦琐的处理过程，同时支持查询方法 和事件驱动通讯的机制，事件驱动通讯是交互方式处理串口事务的一种非常有效的方 法，特别适合w i n d o w s 程序的编写。在串口通讯过程中，当发送数据、接收数据或产生 错误时均触发m s c o m m 控件的o n c o m m 事件，然后可以通过判断c o m m e v c n t 属性值 获得事件类型，再根据事件类型进行相应的数据处理。 4 1m s c o m m 控件简介 v b 下的串行通讯是通过m i c r o s o f t c o m m c o n t r o l ( 简称m s c o m m ) 实现的。该控件屏 蔽了通讯过程中的低层操作，程序员只需设置并监视m s c o m m 控件的属性和事件，结 合其它v b 提供的控件就可完成对串口的初始化和数据的发送接收。本系统中用到的主 要m s c o m m 控件属性如下口们： ( 1 ) c o m m p o r t ：设置并返回通讯端口代码。默认值为l ，最大值为1 6 ，需要使用超过 1 6 个通讯端口时要采用其他方式操控通讯端口。例如将串口2 设置为通讯端口： m s c o m m l c o m p o r t = 2 。 。( 2 ) s e t t i n g ：设置初始化参数。其格式为”，p ，d ，s ”，其中”为波特率( b a u d ) ， p 为校验方式，d 为数据位数，s 为停止位。默认值为“9 6 0 0 ，n ，8 ，l ”，意为“串行 通讯速度为9 6 0 0 b a u d ，无校验，每次数据为8 个b i t ，停止位为1 个b i t ”。波特率可为 1 1 0 ，3 0 0 ，6 0 0 ，1 2 0 0 ，2 4 0 0 ，9 6 0 0 ，1 4 4 0 0 ，1 9 2 0 0 ，2 8 8 0 0 ，3 8 4 0 0 ( 保留) 等等。校验位 默认为n o n e ( 无校验) ，若传输距离长，可增加校验位，可选m 为符号校验，e 为偶校 验，0 为奇校验，s 为空白校验。停止位的设定值可为：l ( 默认值) ，1 5 ，2 。 此处的设置要和单片机的设置保持一致，否则不能实现正常的通讯。例如我们采用 的初始化参数为“2 4 0 0 ，n ，8 ，l ”则单片机的设置相应项为定时器l 的初值为e 6 并 且s m o d 为l ，串口控制寄存器s c o n 为4 0 ， ( 3 ) p o r t o p e n ：设置或返回通讯端口状态 。( 4 ) i n p u t , 从缓冲区返回并删除字节。将串行输入寄存器的数据读出，并清除寄存器 3 4 第四章微波高温加热控制系统软件设计 中已读取的数据寄存器的特性是f i f o 。 ( 5 ) i n p u t 设置并返回i n p u t 属性每次从接收缓冲区读取的字符数。默认值为0 ，表 示读取全部字符。本系统中i n p u t l e n - - - 2 ，即一次读取两个字节。 ( 6 ) r t h r e s h o l d ：设置或返回引发接收事件的字节数。当接收寄存器达到设置的字节 数时，将引发o n c o m m 事件中的接收事件。 ( 7 ) c o m m e v e n t ：返回最近的通讯事件或错误。只要有通讯事件或错误发生就会产生 o n c o m m 事件中的接收事件。 ( 8 ) i n p u t m o d e ：设置或返回i n p u t 属性取回的数据的类型。有两个形式，设为 c o m i n p u t m o d e t e x t ( 默认值) 时，按字符串形式接收；设为c o m l n p u t m o d e b i n a r y 时当作 字节数组中的二进制数据来接收。单片机和p c 机的通讯一般用c o m l n p u t m o d e b i n a r y 形式本系统采用字节接收方式。 4 1 1 单片机程序实现 m c s - 5 1 的串行接口是一个全双工通信接口。通过软件编程它可以用作通用异步接 收和发送器u a r t ，同时接收和发送数据；也可以用作同步移位寄存器。其帧格式可有 8 位、1 0 位和1 1 位，并能摄制成多种波特率。 本次数据传送采用的是模式l 的方式，传输的是l o 位，由l 位起始位( o ) ，8 位宽度的 数据( 低位在先) ，l 位停止位( 1 ) 。其传送波特率可调。发送时，数据从引脚t x d 发送， 当数掘写入发送缓冲器s b u f 时，即发送器发送。当发送完一帧数掘后，就把1 1 标志 嚣“l ”，并申请中断。接收时，由r e n 置“1 ”，允许接收。串行口采样引脚r x d ，当 采样“1 ”至“0 ”的跳变后，确认是起始位。0 ”，就开始接收一帧数据，当r i = 0 且停 止位为“1 ”或者s m 2 = 0 时，停止位进入r b 8 位，同时置位中断标志r i ：否则信息丢 失所以方式l 接收，应先用软件清除r j 或s m 2 标志。单片机发送数据具体程序如下 。所示 3 1 - 3 3 i v o i di n i t _ s e r i a l p o r t ( v o i d ) t m o d - - 0 x 2 0 ； t l i = 0 x e 7 ；h 1 2 0 0 k b q t h l = o x e 7 ： t r l = i ： e t l = 1 ； 。 3 5 第四章微波高温加热拧制系统软件设计 s c o n = 0 x 5 0 ； 。 e s = l ；， e a = i ；) m a i n 0 i n i t _ s e r i a l p o r t 0 ； t e m p i = ( u e h a r ) ( t e m p e r a t u r e & 0 x f 0 ； t e m p h = ( u c h a r ) ( t e m p e r a t u r e 2 5 6 ) ； w h i l e ( 1 ) s b u f = t e m p l ； ， w h i l e ( t i 一0 ) ； t 卜0 ： s b u f - - t e m p h ； w h i l e ( t i 一0 ) ； 1 1 = o ： t e m p i 2 ( u c h a r ) ( t e m p e r a t u r e & 0 x f 0 ； t e m p h = ( u c h a r ) ( t e m p e r a t u r e 2 5 6 ) ； 4 1 2 上位机接收数据子程序 上位机方面采用v i s u a lb a s