在科学研究和工业出产的许多领域中，人们都需求对各类加热炉的内部温度进行监测和操控。选用单片机来对它们进行监测操控不只具有操控便利、简略、灵敏等长处，并且能够大幅度进步受控目标的技能指针。
单片机通常是经过输入信道将温度传感器感受到的被控目标当时温度转变为数字量并输入到单片机内，单片机求出输入的当时温度值与设定值的误差，并依据该误差进行PID运算，最终依据PID运算的成果，经过功率调理电路改动给定周期内加热丝的通电时刻来完成对温度的操控。功率调理电路调理功率的本质是使用占空比的调理来改动加热丝的平均功率，整个操控体系是一个典型的死循环体系。功率调理电路是操控体系的履行机构，不只需求输出功率大，还要求能依据需求对输出功率进行准确的调理，是体系中最要害、最贵重的组成部分，也常常是故障率最高的部分。
本文选用Xicor数字电位器X9312和NE555组成占空比可调的脉冲振荡器，驱动固态继电器完成功率调理的功率调理电路及其单片机操控程序。该电路用于某型规范恒温油槽中作为自动操控体系的履行机构，取得了抱负作用。
图1 X9312的结构框图
图2 X9312的引脚配置图
图3 NE555组成的占空比可调的脉冲振荡器
图4 带微调数字电位器的调功器电路图
数字电位器X 9312
数字电位器一般用电阻数组和多路仿真开关组合完成电阻值的改动，克服了仿真电位器噪声大、磨损大、怕振荡、寿命短的首要缺陷。特别重要的是数字电位器具有可编程才能，可便利地完成与单片机的接口，本质上是一种特别的数模转换器。其仿真量输出不是电压或电流，而是电阻或电阻比率，答使用户直接进程操控，使用电阻值或电阻比率改动进行参数调整。
Xicor 公司出产的非易失性数字电位器能够满意各种分辩率和操控精度的要求，简直可替代一切仿真电路中的机械电位器。X9312是Xicor 非易失性数字电位器系列中的典型产品之一，图1为X9312的结构框图，图2是X9312的引脚配置图。
X9312有三个组成部分：电阻数组；非易失性存贮器；输入操控、计数器、译码器。
X9312的电阻数组带温度补偿，包括99个电阻单元，在每两个单元之间和两个端点都有能够被滑动单元拜访的抽头点。滑动单元的方位由、和三个输入端操控。只需置低，X9312被选中，才能使和输入端接受信号。在输入端由高变低时将添加或削减（这取决于输入端的状况）7位计数器的值，计数器的输出被译码，进行一百选一的操作，使滑动端的方位沿电阻数组移动。计数器的值不会从全0跳至全1，也不会从全1跳至全0，因而滑动端抵达电阻数组的一个极点时不会跳至另一极点而循环往复。滑动端的方位能够被贮存到一个非易失性存贮器中，因而在下一次上电作业时能够从头调用。X9312的分辩率等于最大的电阻值除以99。例如X9312T（100KΩ）的每两个抽头间的阻值为1010Ω。
依据X9312的功率调理电路
图3（a）是用NE555组成的占空比可调的脉冲振荡器，该振荡器占空比调理规模较大，NE555作业于无稳态作业方式。此电路完成占空比调理的要害器材是电位器W，数字电位器X9312用于图3（a）的电路中，替换机械电位器，就可在单片机操控下直接调整输出脉冲的占空比，驱动固态继电器完成功率调理，其电路如图3（b）所示。
某型规范恒温油槽是依据国家公布的计量检定规程要求而专门规划制作的，首要用于温度传感器检定，最大加热功率为4000瓦，作业温度可在0℃“300℃间依据需求设定，到达设定温度并安稳后，要求15分钟内温度动摇小于±0.01℃，在对该型恒温油槽进行改善时，选用了依据数字电位器X9312的功率调理电路作为操控体系的履行机构。因为该规范恒温油槽对温度动摇的要求很高，因而要求功率调理电路能进行非常精密的功率调理。而数字电位器因为出产工艺等要素的约束，现在其抽头数最大一般为256，图3电路中的X9312的抽头数仅为100，也就是说图3电路只能按加热丝最大功率的百分之一的分辩力进行功率调理，其功率调理精度难以满意恒温油槽的要求。为此，在图3电路的基础上添加了微调数字电位器，使功率调理分辩才能到达加热丝最大功率的万分之一，图4为其电路图。
图中数字电位器U2、U4是粗调电位器，两者同步调理，选用X9312TP，阻值为100KW，抽头数为100，每一档阻值约为1KW。U3是微调电位器，选用X9312ZP，阻值为1KΩ，抽头数为100，每一档阻值约为10Ω。微调电位器将粗调电位器的每一档又分为100档，因而分辩才能为最大加热功率的万分之一。固态继电器选用30A/220V交流过零型。R1、R2决议占空比的最大值和最小值，应尽或许的小，以增大功率调理规模，但受数字电位器滑动端所能接受最大电流的约束，应依据需求归纳考虑。X9312滑动端所能接受的最大电流为±1mA，挑选图中阻值时，实测X9312滑动端电流约为0.1mA，必要时R1、R2可进一步减小，但已满意了恒温油槽功率调理规模的需求，为确保数字电位器的安全作业，R1、R2没有挑选更小的阻值。电容C应挑选漏电小的钽电解电容，其容量决议固态继电器的开关周期。
单片机操控程序
单片机对功率调理电路进行调理的程序框图如图5所示。其间单片机的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚别离接微调电位器片选、粗调电位器片选和升/降操控输入引脚、输入时钟引脚，P2.6、P2.7为微谐和粗调电位器同享，依据片选信号区别两电位器。
程序中，位寻址单元SIGN1为PID运算所决议的功率调整方向，SIGN1为1时，减小功率；为0时，增大功率。单片机的58H、59H单元为调整量寄存器，寄存PID运算成果，决议调整量的巨细，功率调理子程序履行完时，该寄存器应为全0。内存的W0P、W1P单元记载微调、粗调电位器当时所在的方位，当W0、W1均坐落最高（低）端时，阐明加热功率为最大（小），此刻已无法持续增大（减小）功率，因而不作调整。
图5 功率调理电路调理程序框图
结语
用该电路改善的恒温油槽经测验完全符合计量检定规程的要求，15分钟内的温度动摇小于±0.01℃。恰当调整操控体系的PID参数后用于某型恒温水槽，其15分钟内的温度动摇小于±0.008℃，优于计量检定规程要求的±0.01℃温度动摇要求。
依据数字电位器X9312的功率调理电路在实践使用中体现出以下特色：电路结构简略，调试便利，整个功率调理电路仅十余个组件，只需焊接无误，简直不需求调试；成本低，除固态继电器需依据加热功率挑选外，其它器材总成本非常低；单片机仅在需求改动功率时对数字电位器进行操作，不操作时调功器坚持最终一次操作所确认的功率，不需求单片机不断地对I/O引脚进行操作以发生操控脉冲，不占用片内的定时器，软件编写非常便利；适用规模广，只需替换适宜的固态继电器，就能用于小到几瓦、大到几十千瓦的功率调理中，不只能用于直流电、单相交流电，还能用于三相交流电。
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