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1、2016 年 4 月上 论述 281 微波加热的单片机控制系统 李经纬（曲阜师范大学， 276800) 【 摘 要 】本 文 选 用 AT89C52 单片机作为整个微波加热的单片机控制系统的核心模块。主要介绍系统的测试和控制系统，具体给出微波生成模 块设计，包含单片机的选取，温度控制模块， A/D 转换模块以及报警模块。实验表明，本文设计的系统加热效率高，智能化，并且具有节能环保的 特点。 【关键词】 AT89C52;微波； A/D;效率高；智能化；节能 【中图分类号】 TP273.4 【文献标识码】 A 【 文章编号】 1006-4222： 2016)07-0281-02 1 引言 微波即为
2、波长很短，并且频度在 300MHz 30 万 MHz 之 间的电磁波。微波技术为 20 世纪初兴起的一门科技，并且逐 步应用在远程通讯以及电视行业。微波加热是在微波技术的 使用中人类发现的微波热效应，并且在全球范围内引起对于 该技术的科研热，此外，该技术在工业方面也实现了重要的应 用，并且具备迅速受热，方便测控等目标。 美国科学家 Spencer PL 于 1945 年得到微波加热的首个 专利； 1955 年美国泰潘 公司向市场推出了首款微波炉； 20 世 纪 70年代，国内科研者着手微波技术的研究，并且获取很多 重大科研成果。 温度测控技术也经历了三个重要阶段： (1) 开关控制阶段：首先实
3、现温度的预设，并采用软硬件 实现待升温物体和预设温度的测算，若测试所得温度高，则断 开升温设备的开关； (2) PID 测控阶段：选取微积分测控的方式微波加热系统 的持续，迅速和准确性能。该算法主要从系统误差的角度出 发，测控效果较好； (3) 智能测控阶段：能在无人操作的基础上实现温度的自 动化控制，并且融入相应的算法和技术，如神经 网络或模糊逻 辑算法。 2 微 波 加 热 测 控 系 统 微波加热系统包含微波生成设备，波导装置，加热腔体以 及控制平台等部分。 2.1 微波生成设备 微波生成设备为微波的发生系统，该系统为微波升温设 备的主要构成模块，包括微波加热管和微波电源构成。微波加 热
4、管的电源主要负责将交流电转换为直流电，用以提供微波 加热管的采用。微波加热管的主要目的是将电源由高压直流 电转换为微波能源。 2.1.1 磁测控管的构建 磁测控管的特性为：效率高和工作电压低，并且该 系统具 有体积较小，质量很轻以及磁控管的成本较低，工作性能持续 等特点。该模块的主要功能为生成微波能源，并且将电场中的 能源转化为微波能源。 2.1.2 磁控制管的功率测控部分 该 系 统 的 微 波 来 源 选 用 磁 测 控 管 的 工 作 频 率是 2450MHz， 并且选用单片机在 PID 测控方法的处理下实现信 息的选取和参数的设定，进而将信息发送到晶闸管之中，实现 初等电压的调制，进而
5、实现微波炉的升温操作。 2.2 波导装置 波导装置即采用良性导体实现传输装置，该装置能够实 现电磁波的传输。由于微波的高频 性能决定了微波传递的器 具，即为波导。波导装置选用长方形或者圆形的金属空心管道 构成，即长方形波导和圆形波导。在波导的电磁场之中，由于 不存在辐射的削弱部分以及介质部分损失，因而常选取长方 形波导。 2.3 微波的应用设备 微波的应用设备主要选取微波装置实现升温加热。基于 升温空间的不同划分为单模型和多模型。单模型为采用磁控 制管的装置，其磁场的构造节约，并且高效，场强足，但腔体体 积小，磁场分布不均匀。多模型选用多个场的重合，其腔体大， 适应能力强，但加热的效率不理想。
6、 3 控 制 系 统 的 设 计 3.1微波升温控制整体设计 本文的升温系统选用 AT89C52 单片机为主控核心构建 闭合的控制模块。该系统的温度数据设定选用按键输入，将其 展示在液晶上，并采用热传感器检测温度信号，将模拟温度信 号输送到MAX6675 转化为数字温度信号，进而将信息传送到 AT89C52 之中。达到预设的温度之后，触发报警电路，启动报 警信号，并且操控 PID 算法，实现磁控制管道的功率输出。 3.2 单片机的选取 单片机用作整个系统的核心模块， 其类型的合适选取至 关重要。若选取的单片机性能太单一，则会使得性能难以满 足；但所选取的单片机性能过复杂，则会产生资源的浪费。因
7、 而所选用的单片机应当具备科技性，实用性能以及能开发的 性能。综合上述特点，本文选用 AT89C52 单片机，该款单片机 具备八位 MOS，8KB 的可擦除 Flash 以及 256KB 的随机数据 存储模块。 AT89C52 能够依据寻常方式实现编程操作，但不能够实 现在线编程。 3.3 温度选取模块 本模型选用 K 型热传感器用作温度传感部分，该部分构 造简约，稳定 性能强并且使用简单，价格实惠。 3.3.1 温度补偿方法 (1) 冷端的温度补偿方法 把热传感器的冷端放置在温度持续的冰水混合物质中， 用以确保温度持续在零度。 (2) 电桥的补偿策略 282 论述 2016 年 4 月上 分
8、析地铁施工技术控制问题及改进措施 毕永涛（中铁七局集团第五工程有限公司 ） 【摘要】改革开放以来，我国的经济建设水平不断提高，城市化程度也在加大，伴随而来的是巨大的交通压力，为了解决居民出行难题，为人 民的出行提供了多元化选择与便捷的服务，我国各大城市都开始修建地铁以缓解负担沉重的地面交通系统。然而，热火朝天的地铁施工中，仍 然时有报道出事故发生，对于施工人员的安全，以及完工后使用的人民生命安全，都是一个极大的威胁。本文以此为背景，对地铁施工技术的控 制与改进措施做了简单的介绍，提出了一些自己的看法，希冀有所用处。 【关键词】地铁施工技术；控制问题；改进措施 【中图分类号】 U231.3 【文
9、献标识码 】 A 【文章编号】 1006-4222： 2016)07-0282-02 引言 随着城市化的不断发展，我国城市的交通系统承受着重 大的压力，为了缓解交通压力，我国开始步入了地铁时代，各 大城市陆续加大财政投入以建设地铁工程。在现有的城市地 铁系统运行中可以发现，地铁相对其他城市交通系统来说，具 有很多显著特点，比如其高效环保，比如其速度快，载客量大， 又比如其在地下，缓解了城市用地压力，对于城市的合理规划 以及改善城市糟糕的交通体验都有重大意义，而且地铁的运 营还能促进城市经济发展，改善城市环境污染，对于一座城市 的可持续发展来说，是有促进作用的。随着乡村城镇化， 地铁 必将成为最
10、主要的出行方式之一，但是在这些巨大利好背后， 是地铁建设的高成本，通常每公里地铁线路的造价在五亿元 左右，高昂的投资一定程度上制约了中小城市的地铁建设。然 而我国在四十余年的地铁发展历程中，己经积累出很多地铁 施工的经验，改进了很多技术，提高了很多工艺，对于地铁的 推广也有很大的正向作用。下面就这些施工技术进行简介，并 提出一些改进方法。 1 地铁施工主要控制技术分析 1.1 浅埋暗挖法 这种施工方法简单说就是挖多少 ，浇筑多少，两项工序并 行，通常应用与砂层、黏土层之类的土层，其自身就具有固结 性。其施工原理是借助了挖开的土层自身尚存的、惯性的稳定 性，在尚未垮塌的时候迅速采取支护措施，以此
11、来稳定住土层 以及周围岩壁，进而形成一层紧密贴合周遭土层的支护结构。 这种方法的优势在于简化了施工工序，有效缩短工期，所以被 很多地铁建设单位青睐有加。这种施工方法具有动态设计与 施工的特点，同时还加上了信息化的辅助系统以监测土层的 应力变化与支护结构的位置变化，同时还能够结合劈裂注浆 法来对底层进行加固。 1.2 新奥法 这种方法全称为新奥地利隧道施工法，是奥地利工程师 拉布采维茨发明的一种利用开挖地周围岩石自身所具有的承 载能力，外加锚杆和喷射混凝土，形成一种稳定的支护结构， 既可以有效缓解地铁施工时对地面的影响，又可以有效降低 成本，减少投入。这种方法自诞生以来不断发展，己经形成了 一套
12、完整成熟的施工体系，能完成高质量的地铁工程，所以应 用也很广泛。这种方法的步骤是先对岩体进行开挖，然后对底 层加固，进而采取支护措施。步骤分明，合理紧凑，面对地下水 也有一套降水施工方法，对于地铁建设，开挖穿 山隧道等工程 都有很大的作用。而且，在爆破施工后，利用锚杆与混凝土附上 ww w w w w WWW w w w ww w w w w WW 该方案选用不平衡的电桥模块，并且依据电桥桥壁中的 电阻变换实现电压的附加。 (1) 导线的补偿方式 该补偿方式选用和热传感器接近的材料制作为导线，并 且采用补偿导线的方式实现温度的恒定。 3.3.2 热传感器保护 在强烈的微波磁场之中，所加热的温度
13、都很高，为实现热 传感器的保护，一般选取热传感器的保护 套件， 目的是放置热 传感器的硬件损坏，以及使热传感器的效能发挥得当。 3.4 温度转化模块 本文选用 MAX6675 实现将热传感器给出的模拟信号转 化为数字信号，进而实现冷端补偿。 3.5 温度报警电路 本课题选用蜂鸣器用作报警装置，当温度达到预定值时， 蜂鸣器实现报警作用。 4 总 结 和 展 望 本文主要介绍了 AT89C52 单片机实现微波加热平台，其 中包含温度的选取， A/D 转换，以及报警等模块的介绍。具体 给出采用微波加热的优势和特点，以及微波加热平台的基本 构造， 选取增量形式的 PID 算法，将控制信息通过单片机的引
14、 脚输出，并且利用 PWM 控制晶闸管实现温控的目的。 下一步主要将智能化的可视界面融入到系统之中。 参考文献 1 周显文，马少健 .微波加热在难处理金矿预热处理过程的应用 J.中 国非金属矿工业导刊， 2007,64(5) :42 46. 2 Koivo H N,Tanttu J T.Turningof PID controllers ： survey of SISO and MMO techniques JJ.Preprints of IFAC International Symp on Intelligent turning and adaptive control ,2012,25(2) ： 2835. 问戴佳，戴卫恒，刘博文 .51 单片机语言应用程序设计实例精讲 MJ. 北京电子工业出版社， 2013:68 92. 收稿日期： 2016-3-28