CN108463018A - 一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器及控制方法，属于电磁感应加热设备技术领域。技术方案是：220V交流电（1）、整流滤波电路（2）、逆变电路（3）、滤波及谐振电路（4）和电磁感应加热线圈（5）依次连接，电源模块（6）的输入端与整流滤波电路（2）互相连接，输出端分别与驱动电路（7）、隔离电路（8）和控制电路（9）连接，电磁感应加热线圈（5）与控制电路（9）互相连接。本发明的有益效果是：电路简单、经济适用，使IGBT的开关频率跟随谐振频率的变化而变化，保证了感应加热电源的最大功率输出，并且减少了开关管的损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器及控制方法，属于电磁感应加热设备技术领域。
背景技术
电磁感应加热技术是一种新型的加热技术，它根据电磁感应原理，是利用工件中涡流产生的热量来进行加热的，和传统的加热方式相比，它加热效率高、速度快、可靠性高，易于实现高温和局部的加热，并且在工业加热领域已经得到了广泛的应用。但感应加热电源在运行过程中，由于负载温度的变化和炉料熔化等因素的影响，
会造成负载的等效参数发生变化，从而引起负载固有谐振频率发生变化，使加热电源功率因数降低，有功功率输出减少，开关损耗增大。
发明内容
本发明目的是提供一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器及控制方法，以AVR单片机ATmega128为核心、充分利用高性能AVR单片机的片内资源，使IGBT（能源变换与传输的核心器件）的开关频率跟随谐振频率的变化而变化，保证了感应加热电源的最大功率输出，并且减少了开关管的损耗，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器，包含220V交流电、整流滤波电路、逆变电路、滤波及谐振电路、电磁感应加热线圈、电源模块、驱动电路、隔离电路和控制电路，所述220V交流电、整流滤波电路、逆变电路、滤波及谐振电路和电磁感应加热线圈依次连接，电源模块的输入端与整流滤波电路互相连接，输出端分别与驱动电路、隔离电路和控制电路连接，电磁感应加热线圈与控制电路互相连接。
所述控制电路包含温度与电流信号采集单元、热敏电阻及电流互感器、A/D（模拟/数字）采集单元、键盘模块、 Atmega128单片机、 控制IGBT通断单元、显示单元、谐振电路和指示灯和风扇驱动单元，控制电路通过温度与电流信号采集单元与电磁感应加热线圈连接，温度与电流信号采集单元、热敏电阻及电流互感器、A/D采集单元、Atmega128单片机、控制IGBT通断单元和谐振电路依次连接，键盘模块的输出端与Atmega128单片机连接，Atmega128单片机的输出端分别与显示单元和指示灯和风扇驱动单元互相连接。
一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制方法，采用上述控制器，步骤如下：220V交流电经过整流滤波电路转化为直流电，直流电通过逆变电路转化为高频交流电，高频交流电作用于滤波及谐振电路，使系统产生高频电磁场作用于电磁感应加热线圈产生涡流最终使线圈加热；其中电源模块采集整流电路信号，作用于控制电路、隔离电路和驱动电路，使滤波谐振电路达到最佳谐振点，保证感应加热电源的最大功率输出，并减少开关管的损耗；同时，控制电路监测电磁感应加热线圈的温度信号，设定温度限制，实现加热器的自动开通与关断，实现自动控制；所述控制电路，温度与电流信号采集单元采集电磁感应加热线圈当前温度，经过热敏电阻及电流互感器转化为模拟量，在经过A/D采集单元将信号转化为数字量，Atmega128单片机根据采集来的信号来控制谐振频率作用于IGBT驱动模块来驱动控制IGBT通断，达到控制谐振频率的效果，使系统工作于最佳谐振点，显示单元显示当前系统工作频率。
同时键盘模块还可以输入频率、温度等指令，与Atmega128单片机通讯，来达到自己想要的温度与频率范围。系统还有指示灯和风扇驱动单元来监测控制器当前工作状态。
本发明的有益效果是：电路简单、经济适用，使IGBT的开关频率跟随谐振频率的变化而变化，保证了感应加热电源的最大功率输出，并且减少了开关管的损耗。
附图说明
图1是本发明的主电路原理图；
图2是本发明的控制电路结构框图；
图中：220V交流电1、整流滤波电路2、逆变电路3、滤波及谐振电路4、电磁感应加热线圈5、电源模块6、驱动电路7、隔离电路8、控制电路9、温度与电流信号采集单元91、热敏电阻及电流互感器92、A/D采集单元93、键盘模块94、 Atmega128单片机95、 控制IGBT通断单元96、显示单元97、谐振电路98、指示灯和风扇驱动单元99。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器，包含220V交流电1、整流滤波电路2、逆变电路3、滤波及谐振电路4、电磁感应加热线圈5、电源模块6、驱动电路7、隔离电路8和控制电路9，所述220V交流电1、整流滤波电路2、逆变电路3、滤波及谐振电路4和电磁感应加热线圈5依次连接，电源模块6的输入端与整流滤波电路2互相连接，输出端分别与驱动电路7、隔离电路8和控制电路9连接，电磁感应加热线圈5与控制电路9互相连接。
所述控制电路9包含温度与电流信号采集单元91、热敏电阻及电流互感器92、A/D采集单元93、键盘模块94、 Atmega128单片机95、控制IGBT通断单元96、显示单元97、谐振电路98和指示灯和风扇驱动单元99，控制电路9通过温度与电流信号采集单元91与电磁感应加热线圈5连接，温度与电流信号采集单元91、热敏电阻及电流互感器92、A/D采集单元93、Atmega128单片机95、 控制IGBT通断单元96和谐振电路98依次连接，键盘模块94的输出端与Atmega128单片机95连接，Atmega128单片机95的输出端分别与显示单元97和指示灯和风扇驱动单元99互相连接。
控制器主电路采用的是交-直-交结构，包括输入整流器、直流滤波器、逆变器、交流滤波器及隔离变压器等组成部分。整流滤波电路将输入的交流电转变为直流电，逆变电路中的逆变器输出的脉宽调制波经LC 低通滤波电路滤去高频分量，得到纯正的正弦波交流电，再经变压器隔离变压得到设计所要求的电流和频率均可调的交流电供给感应加热器的交流线圈从而利用感应加热线圈产生的磁滞损耗和涡流损耗进行加热。
控制器的核心采用Atmega128单片机，它是一款基于AVRRISC (精简指令集)的低功耗CMOS高性能8位单片机，具有将近1MIPs／MHz的性能。片内集成了16 KB的Flash程序存储器、1 KB的SRAM、512 B的E2PROM以及丰富的外部接口(2个8位定时／计数器、1个具有输入捕获输出比较以及PWM功能的16位定时／计数器、8通道10位A／D转换器、I2C串行接口、UART通用串行接口、SPI同步串行接口以及片内模拟比较器)，片内具有可编程看门狗定时器，有较好的抗干扰能力。
本控制器控制系统可分为温度与电流信号采集单元、A/D采集单元、谐振电路模块、键盘模块、显示单元、指示灯模块和风扇及驱动电路模块。
下面对各个模块进行简要的说明：
1．温度与电流信号采集单元：相当于系统的“眼睛”，即系统的测量工具，通过它可以将温度信号和电流信号转变为计算机可以测量的小电流信号或电压信号，然后送入处理系统进行分析。
2．A/D采集单元：本模块用来实现模拟信号到数字信号的转换，使模拟信号变成计算机可以处理的数字信号。
3．谐振电路模块：本模块在单片机的控制下可以输出特定频率的矩形波信号，该信号可以对IGBT的开通和关断进行控制，也就是可以对系统的功率进行控制。
4．键盘模块：键盘模块是对整个系统进行操作的重要模块，包括“开／关”，“加操作”，“减操作”，“定时”，和“温度／功率显示”。
5．显示单元：显示单元通过3个发光数码管实现，可以显示功率，时间，温度和故障代码等等。
6．指示灯模块：用于显示各种情况，如是否有故障，开关状态，定时状态，温度／频率状态等等。
7．风扇及其驱动电路模块：本模块是控制温度的主要手段，当散热板温度，空气温度等超过规定值时开启风扇，用于降低温度以及对温度的精确控制，防止因温度过高而损坏器件。
一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制方法，采用上述控制器，步骤如下：220V交流电1经过整流滤波电路2转化为直流电，直流电通过逆变电路3转化为高频交流电，高频交流电作用于滤波及谐振电路4，使系统产生高频电磁场作用于电磁感应加热线圈5产生涡流最终使线圈加热；其中电源模块6采集整流电路信号，作用于控制电路9、隔离电路8和驱动电路7，使滤波谐振电路达到最佳谐振点，保证感应加热电源的最大功率输出，并减少开关管的损耗；同时，控制电路9监测电磁感应加热线圈5的温度信号，设定温度限制，实现加热器的自动开通与关断，实现自动控制；所述控制电路，温度与电流信号采集单元91采集电磁感应加热线圈当前温度，经过热敏电阻及电流互感器92转化为模拟量，在经过A/D采集单元93将信号转化为数字量，Atmega128单片机95根据采集来的信号来控制谐振频率作用于IGBT驱动模块来驱动控制IGBT通断，达到控制谐振频率的效果，使系统工作于最佳谐振点，显示单元97显示当前系统工作频率。
同时键盘模块94还可以输入频率、温度等指令，与Atmega128单片机通讯，来达到自己想要的温度与频率范围。系统还有指示灯和风扇驱动单元99来监测控制器当前工作状态。
Claims (3)
1.一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器，其特征在于：包含220V交流电（1）、整流滤波电路（2）、逆变电路（3）、滤波及谐振电路（4）、电磁感应加热线圈（5）、电源模块（6）、驱动电路（7）、隔离电路（8）和控制电路（9），所述220V交流电（1）、整流滤波电路（2）、逆变电路（3）、滤波及谐振电路（4）和电磁感应加热线圈（5）依次连接，电源模块（6）的输入端与整流滤波电路（2）互相连接，输出端分别与驱动电路（7）、隔离电路（8）和控制电路（9）连接，电磁感应加热线圈（5）与控制电路（9）互相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制器，其特征在于：所述控制电路（9）包含温度与电流信号采集单元（91）、热敏电阻及电流互感器（92）、A/D采集单元（93）、键盘模块（94）、 Atmega128单片机（95）、控制IGBT通断单元（96）、显示单元（97）、谐振电路（98）和指示灯和风扇驱动单元（99），控制电路（9）通过温度与电流信号采集单元（91）与电磁感应加热线圈（5）连接，温度与电流信号采集单元（91）、热敏电阻及电流互感器（92）、A/D采集单元（93）、Atmega128单片机（95）、 控制IGBT通断单元（96）和谐振电路（98）依次连接，键盘模块（94）的输出端与Atmega128单片机（95）连接，Atmega128单片机（95）的输出端分别与显示单元（97）和指示灯和风扇驱动单元（99）互相连接。
3.一种基于Atmega128单片机的电磁感应加热控制方法，采用权利要求1-2任意一项控制器，其特征在于步骤如下：220V交流电（1）经过整流滤波电路（2）转化为直流电，直流电通过逆变电路（3）转化为高频交流电，高频交流电作用于滤波及谐振电路（4），使系统产生高频电磁场作用于电磁感应加热线圈（5）产生涡流最终使线圈加热；其中电源模块（6）采集整流电路信号，作用于控制电路（9）、隔离电路（8）和驱动电路（7），使滤波谐振电路达到最佳谐振点，保证感应加热电源的最大功率输出，并减少开关管的损耗；同时，控制电路（9）监测电磁感应加热线圈（5）的温度信号，设定温度限制，实现加热器的自动开通与关断，实现自动控制；所述控制电路，温度与电流信号采集单元（91）采集电磁感应加热线圈当前温度，经过热敏电阻及电流互感器（92）转化为模拟量，在经过A/D采集单元（93）将信号转化为数字量，Atmega128单片机（95）根据采集来的信号来控制谐振频率作用于IGBT驱动模块来驱动控制IGBT通断，达到控制谐振频率的效果，使系统工作于最佳谐振点，显示单元（97）显示当前系统工作频率。
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