CN204883274U - 基于stm32的卧式碱熔炉电控装置 - Google Patents

Abstract

基于STM32的卧式碱熔炉电控装置。本实用新型涉及一种基于STM32的卧式碱熔炉电控装置。所述的温度传感器单向传输给A/D转换电路，所述的A/D转换电路单向传输给所述的单片机，所述的单片机还单向接收按键电路的传输，所述的单片机还单向接收定时电路的传输，所述的单片机还单向接收电源电路的传输，所述的单片机单向控制所述的电加热丝，所述的单片机单向传输PWM波形给连接的电机，所述的单片机单向传输给显示电路。本实用新型用于卧式碱熔炉。

Description

基于STM32的卧式碱熔炉电控装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于STM32的卧式碱熔炉电控装置。

背景技术

现有燃气旋转式碱熔炉中燃烧的物料受热不均匀，动力消耗较大，并且生产成本高，而一种卧式碱熔炉就显得十分必要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种利用价格低廉、应用广泛的STM32系列单片机为控制芯片，利用单片机控制对与搅拌桨连接的交流电机进行PWM调速、对熔炉罐体内温度的采集、电加热丝对炉内加热，以及LCD显示调速档位、定时搅拌的时间、正反转、罐体温度的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置。所述的温度传感器单向传输给A/D转换电路，所述的A/D转换电路单向传输给所述的单片机，所述的单片机还单向接收按键电路的传输，所述的单片机还单向接收定时电路的传输，所述的单片机还单向接收电源电路的传输，所述的单片机单向控制所述的电加热丝，所述的单片机单向传输PWM波形给连接的电机，所述的单片机单向传输给显示电路。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

有益效果：

1.本实用新型的温度传感器为三线制PT100，会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。

2.本实用新型的液晶显示芯片不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

3.本实用新型的TLC1543芯片是美国TI公司生产的多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口。

4.本实用新型的光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

附图说明

附图1是本实用新型的框架示意图。

附图2是按键电路图。

附图3是A/D转换电路图Ⅰ。

附图4是A/D转换电路图Ⅱ。

附图5是A/D转换电路图Ⅲ。

附图6是电源电路Ⅰ。

附图7是电源电路Ⅱ。

附图8是液晶显示电路图。

附图9是电机驱动电路图。

附图10是加热装置电路图。

具体实施方式

实施例1

一种基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，其组成包括：单片机、电机、电加热丝与温度传感器，所述的温度传感器单向传输给A/D转换电路，所述的A/D转换电路单向传输给所述的单片机，所述的单片机还单向接收按键电路的传输，所述的单片机还单向接收定时电路的传输，所述的单片机还单向接收电源电路的传输，所述的单片机单向控制所述的电加热丝，所述的单片机单向传输PWM波形给连接的电机，所述的单片机单向传输给显示电路。

实施例2

实施例1所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，所述的A/D转换电路包括电源，所述的电源连接电阻R9的一端，所述的电阻R9的另一端连接三端可调分流基准电压源TL431的一端与可调电阻VR1的一端，所述的可调电阻VR1的另一端连接接地点，所述的三端可调分流基准电压源TL431连接所述的可调电阻VR1的调节端，所述的三端可调分流基准电压源TL431的另一端连接接地点；

所述的电阻R9的另一端连接电阻R15的一端与电阻R16的一端，所述的电阻R15的另一端连接PT1的一端，所述的电阻R16的另一端连接可调电阻VR2的一端，所述的可调电阻VR2的另一端连接PT2的一端，所述的PT2的另一端及所述的PT1的另一端均连接PT100温度感测器；

所述的电阻R15与所述的电阻R16并联电阻R17，所述的电阻R17的一端连接所述的PT1的一端，所述的电阻R17的另一端连接运算放大器的反相输入端，所述的运算放大器的反相输入端2还连接电阻R19的一端，所述的电阻R19的另一端连接接地点，所述的运算放大器的同相输入端3连接电阻R18的一端，所述的电阻R18的另一端连接所述的可调电阻VR2的一端，所述的运算放大器的输出端1连接电阻R21的一端，所述的电阻R21的另一端连接稳压二极管W2的负极、电容C16的一端及WOUT3，所述的稳压二极管W2的正极与电容C16的另一端均连接接地点；

所述的运算放大器连接点4还连接接地点，所述的运算放大器连接点5还连接电容C15的一端，所述的电容C15的另一端连接接地点；

所述的运算放大器的同相输入端3与所述的运算放大器的输出端1之间并联电阻R20。

实施例3

实施例1所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，所述的电机的驱动电路包括5V电压，所述的5V电压通过串联电阻R125连接光耦U11的输出端，所述的光耦U11的输入端通过串联电阻R124连接单片机的引脚PB0，所述的单片机的引脚PB1通过串联电阻R126连接光耦U12的输入端，所述的光耦U12的输出端通过串联电阻R127连接5V电压；

所述的光耦U11的输出端连接SSR固态继电器的线圈一侧，所述的SSR固态继电器的线圈另一侧通过连接220V电压连接到桥式电路；

所述的光耦U12的输出端连接SSR固态继电器的线圈一侧，所述的SSR固态继电器的线圈另一侧通过连接接地点GND连接到桥式电路。

实施例4

实施例3所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，所述的桥式电路包括NPN型三极管、PNP型三极管与电阻，所述的光耦U11的输出端连接电阻R22的一端，所述的电阻R22的另一端连接NPN型三极管Q1的基极b，所述的NPN型三极管Q1的集电极c连接电阻R24的一端与NPN型三极管Q3的基极b，所述的电阻R24的另一端连接所述的NPN型三极管Q3的集电极c，所述的NPN型三极管Q3的发射极e连接二极管D1的一端，所述的二极管D1的另一端连接所述的NPN型三极管Q3的集电极c，所述的二极管D1的另一端连接二极管D2的一端，所述的二极管D2的一端连接PNP型三极管Q6的发射极e，所述的PNP型三极管Q6的发射极e连接电阻R25的一端，所述的电阻R25的另一端连接所述的PNP型三极管Q6的基极b，所述的PNP型三极管Q6的集电极c连接所述的二极管D2的另一端；

所述的光耦U12的输出端连接电阻R23的一端，所述的电阻R23的另一端连接NPN型三极管Q2的基极b，所述的NPN型三极管Q2的集电极c连接PNP型三极管Q5的基极b，所述的PNP型三极管Q5的发射极e连接二极管D5的一端，所述的PNP型三极管Q5的集电极c连接二极管D5的另一端，所述的二极管D5的一端通过发动机B1连接二极管D4的一端，所述的二极管D5的另一端连接二极管D4的另一端，所述的二极管D4的一端连接NPN型三极管Q4的集电极c，所述的NPN型三极管Q4的发射极e连接所述的二极管D4的另一端；

所述的NPN型三极管Q1的发射极e连接所述的NPN型三极管Q2的发射极e，所述的NPN型三极管Q3的发射极e连接所述的PNP型三极管Q5的发射极e，所述的PNP型三极管Q6的集电极c连接所述的NPN型三极管Q4的集电极c，所述的所述的PNP型三极管Q6的基极b连接所述的NPN型三极管Q4的基极b，所述的NPN型三极管Q4的基极b连接所述的NPN型三极管Q2的集电极c。

实施例5

实施例3所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，所述的电加热丝的加热装置包括电源，所述的电源连接电阻R128的一端，所述的电阻R128的另一端连接光耦的一端与SSR固态继电器的一端，所述的光耦的另一端连接单片机引脚PB7，所述的SSR固态继电器的另一端连接接地点GND；所述的SSR固态继电器连接电加热丝组，所述的电加热丝组连接接地点GND。

按键电路：

按键电路主要功能为用户通过按键对碱熔炉温度进行多档位调节，以及对电机的转速进行调整，引脚与按键之间接104pf的滤波电容。

A/D转换电路：

由于熔炉内温度较高，最高将会达到600℃，因此生活中常用的温度传感器如18B20等不满足要求。本文中温度传感器采用工业上使用的温度传感器：三线制PT100。一共使用了6个PT100，使其分布在熔炉四周，达到多点采集的目的，其主要指标如下：

pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。

三线制PT100：要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。

它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。

铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：

-200<0℃Rt=R0[1+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t]（式1）

0≤t<850℃Rt=R0（1+At+Bt2）（式2）

Rt为t℃时的电阻值，R0为0℃时的阻值。公式中的A,B,系数为实验测定。这里给出标准的DINIEC751系数：A=3.9083E-3、B=-5.775E-7、C=-4.183E-12根据韦达公式求得阻值大于等于100欧姆的Rt-〉t的换算公式：

0≤t<850℃t=(sqrt((A*R0)^2-4*B*R0*(R0-Rt))-A*R0)/2/B/R0（式3）

PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度，因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。

TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。

采集到的信号经过运放放大、去毛刺，输出到TLC1543芯片，经AD转换后输出到单片机。原理图如图4、5所示。

TLC1543是美国TI公司生产的多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用于各种数据采集系统。TLC1543为20脚DIP封装的CMOS10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器，引脚排列如图1所示。其中A0～A10（1～9、11、12脚）为11个模拟输入端，REF+（14脚，通常为VCC）和REF-（13脚，通常为地）为基准电压正负端，CS（15脚）为片选端，在CS端的一个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能ADDRESS、I/OCLOCK（18脚）和DATAOUT（16脚）。ADDRESS（17脚）为串行数据输入端，是一个4位的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入或测试电压。DATAOUT为A/D转换结束3态串行输出端，它与微处理器或外围的串行口通信，可对数据长度和格式灵活编程。I/OCLOCK为数据输入/输出提供同步时钟，系统时钟由片内产生。芯片内部有一个14通道多路选择器，可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的任意一个进行测试。片内设有采样-保持电路，在转换结束时，EOC（19脚）输出端变高表明转换完成。内部转换器具有高速（10μS转换时间），高精度（10位分辨率，最大±1LSB不可调整误差）和低噪声的特点。

电源电路：

由于单片机需要电压为3.3V，PT100需要5V电压，所以电源电路采用变压器将经220V电源整流滤波后送入LM7805稳压，在输出端接一个1000μ和220μ电容进一步滤除纹波，得到5V稳压电源。在经LM1117转换为3.3V。

液晶显示：

液晶显示部分采用带中文字库的12864液晶进行显示，带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面，可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点，由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

液晶显示模块的基本特性：

（1）低电源电压：VDD+3.0~+5.5V。

（2）显示分辨率：128*64。

（3）内置汉字字库：提供8192个16*16点阵汉字（繁简体可选）。

（4）内置128个16*8点阵字符。

（5）时钟频率：2MHZ。

（6）显示方式：STN\半透、正显。

（7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS。

（8）视角方向：6点。

（9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5~1/10。

（10）通讯方式：串行、并口可选。

（11）内置DC-DC转换电路，无需外加负压。

（12）无需片选信号，简化软件设计。

（13）工作温度：0℃-±55℃：存储温度：-20℃-+60℃。

电机驱动电路：

电路中的光耦为俩个TLP521-1，它的工作原理：

光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。光耦合器已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大提高计算机工作的可靠性。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

继电器采用SSR固态继电器，具有耐压高的优点，主要技术参数如下：

输入电压：3-32VDC

输入电流：6-12mA

输出电压：24-380VAC

输出电流：25A

通态压降：≤1V

通断时间：≤10ms

断态漏电流：≤2mA

隔离电压：≥1500VAC

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，其组成包括：单片机、电机、电加热丝与温度传感器，其特征是：所述的温度传感器单向传输给A/D转换电路，所述的A/D转换电路单向传输给所述的单片机，所述的单片机还单向接收按键电路的传输，所述的单片机还单向接收定时电路的传输，所述的单片机还单向接收电源电路的传输，所述的单片机单向控制所述的电加热丝，所述的单片机单向传输PWM波形给连接的电机，所述的单片机单向传输给显示电路。

2.根据权利要求1所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，其特征是：所述的A/D转换电路包括电源，所述的电源连接电阻R9的一端，所述的电阻R9的另一端连接三端可调分流基准电压源TL431的一端与可调电阻VR1的一端，所述的可调电阻VR1的另一端连接接地点，所述的三端可调分流基准电压源TL431连接所述的可调电阻VR1的调节端，所述的三端可调分流基准电压源TL431的另一端连接接地点；

所述的电阻R9的另一端连接电阻R15的一端与电阻R16的一端，所述的电阻R15的另一端连接PT1的一端，所述的电阻R16的另一端连接可调电阻VR2的一端，所述的可调电阻VR2的另一端连接PT2的一端，所述的PT2的另一端及所述的PT1的另一端均连接PT100温度感测器；

所述的电阻R15与所述的电阻R16并联电阻R17，所述的电阻R17的一端连接所述的PT1的一端，所述的电阻R17的另一端连接运算放大器的反相输入端，所述的运算放大器的反相输入端2还连接电阻R19的一端，所述的电阻R19的另一端连接接地点，所述的运算放大器的同相输入端3连接电阻R18的一端，所述的电阻R18的另一端连接所述的可调电阻VR2的一端，所述的运算放大器的输出端1连接电阻R21的一端，所述的电阻R21的另一端连接稳压二极管W2的负极、电容C16的一端及WOUT3，所述的稳压二极管W2的正极与电容C16的另一端均连接接地点；

所述的运算放大器连接点4还连接接地点，所述的运算放大器连接点5还连接电容C15的一端，所述的电容C15的另一端连接接地点；

所述的运算放大器的同相输入端3与所述的运算放大器的输出端1之间并联电阻R20。

3.根据权利要求1所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，其特征是：所述的电机的驱动电路包括5V电压，所述的5V电压通过串联电阻R125连接光耦U11的输出端，所述的光耦U11的输入端通过串联电阻R124连接单片机的引脚PB0，所述的单片机的引脚PB1通过串联电阻R126连接光耦U12的输入端，所述的光耦U12的输出端通过串联电阻R127连接5V电压；

所述的光耦U11的输出端连接SSR固态继电器的线圈一侧，所述的SSR固态继电器的线圈另一侧通过连接220V电压连接到桥式电路；

所述的光耦U12的输出端连接SSR固态继电器的线圈一侧，所述的SSR固态继电器的线圈另一侧通过连接接地点GND连接到桥式电路。

4.根据权利要求3所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，其特征是：所述的桥式电路包括NPN型三极管、PNP型三极管与电阻，所述的光耦U11的输出端连接电阻R22的一端，所述的电阻R22的另一端连接NPN型三极管Q1的基极b，所述的NPN型三极管Q1的集电极c连接电阻R24的一端与NPN型三极管Q3的基极b，所述的电阻R24的另一端连接所述的NPN型三极管Q3的集电极c，所述的NPN型三极管Q3的发射极e连接二极管D1的一端，所述的二极管D1的另一端连接所述的NPN型三极管Q3的集电极c，所述的二极管D1的另一端连接二极管D2的一端，所述的二极管D2的一端连接PNP型三极管Q6的发射极e，所述的PNP型三极管Q6的发射极e连接电阻R25的一端，所述的电阻R25的另一端连接所述的PNP型三极管Q6的基极b，所述的PNP型三极管Q6的集电极c连接所述的二极管D2的另一端；

所述的光耦U12的输出端连接电阻R23的一端，所述的电阻R23的另一端连接NPN型三极管Q2的基极b，所述的NPN型三极管Q2的集电极c连接PNP型三极管Q5的基极b，所述的PNP型三极管Q5的发射极e连接二极管D5的一端，所述的PNP型三极管Q5的集电极c连接二极管D5的另一端，所述的二极管D5的一端通过发动机B1连接二极管D4的一端，所述的二极管D5的另一端连接二极管D4的另一端，所述的二极管D4的一端连接NPN型三极管Q4的集电极c，所述的NPN型三极管Q4的发射极e连接所述的二极管D4的另一端；

所述的NPN型三极管Q1的发射极e连接所述的NPN型三极管Q2的发射极e，所述的NPN型三极管Q3的发射极e连接所述的PNP型三极管Q5的发射极e，所述的PNP型三极管Q6的集电极c连接所述的NPN型三极管Q4的集电极c，所述的所述的PNP型三极管Q6的基极b连接所述的NPN型三极管Q4的基极b，所述的NPN型三极管Q4的基极b连接所述的NPN型三极管Q2的集电极c。

5.根据权利要求3所述的基于STM32的卧式碱熔炉电控装置，其特征是：所述的电加热丝的加热装置包括电源，所述的电源连接电阻R128的一端，所述的电阻R128的另一端连接光耦的一端与SSR固态继电器的一端，所述的光耦的另一端连接单片机引脚PB7，所述的SSR固态继电器的另一端连接接地点GND；所述的SSR固态继电器连接电加热丝组，所述的电加热丝组连接接地点GND。