基于液體式高功率微波衰減器溫控系統的設計與實(shí)現

3．1 處理器單元
控制系統的中央處理器單元主要用來(lái)收集和處理從兩個(gè)溫度傳感器和流量傳感器傳來(lái)的數據，并且將其顯示在液晶屏上和存儲至鐵電存儲器中。同時(shí)，根據測得的數據實(shí)時(shí)發(fā)出控制信號，控制水泵的轉速和電加熱的時(shí)間。并且還具備RS-232串口通信的功能。
為了實(shí)現上述功能，設計中采用了PHILIPS公司的LPC2000系列的32位ARM處理器LPC2148作為嵌入式控制系統的處理器芯片。這款芯片支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU，標準JTAG調試接口，并帶有512KB的高速FLASH存儲器。超小LQFP64封裝，雙UART和SPI接口，不僅可以實(shí)現與上位機的RS-232通信，同時(shí)也支持了與液晶屏和鐵電存儲器的SPI通信。擁有45個(gè)高速GPIO，其中包括2個(gè)10位ADC，7個(gè)PWM功能引腳。十分適用于本系統的設計需求。
3．2 傳感器單元
溫度信號是由鎧裝溫度傳感器測量，經(jīng)過(guò)變送器轉換成4～20mA的電流信號，但LPC2148這款芯片的A／D功能所處理的信號為0～2．5V的電壓信號，所以需要讓電流信號經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻，即將溫度信號轉換成符合處理器A／D要求的信號，再經(jīng)過(guò)隔離、濾波、再隔離的過(guò)程輸入給處理器進(jìn)行處理。此處的隔離是采用4路集成的放大器芯片LMV324搭建的射隨器，而濾波則是用電阻電容最簡(jiǎn)單的一階低通濾波器，因為此處只需要濾除一些低頻的雜波信號而已，所以設計的頻率值為35Hz。
流量信號是由流量傳感器測量后發(fā)出的一個(gè)方波信號，需要測量方波信號的頻率得到當前的流量數值。為了使信號的幅度穩定以便處理器可以更好的識別高低電平，所以對其進(jìn)行了整波的處理，此處選擇了雙路集成的比較器芯片LMV393。為了使比較器電壓反轉更穩定，遲滯電壓為0．7V，基準電壓2．5V的反相比較器。其電路原理如圖5所示。

3．3 驅動(dòng)單元
驅動(dòng)電路的功能是通過(guò)驅動(dòng)芯片驅動(dòng)直流水泵，這樣才能使處理器發(fā)出的PWM信號控制水泵的轉速，達到控制流量的目的。同時(shí)，驅動(dòng)單元上也集成了利用固態(tài)繼電器控制電加熱的功能。電加熱水箱的加熱方式是采用功率為1kW的電阻絲加熱，其工作電流比較大，所以才用了固態(tài)繼電器作為控制其開(kāi)啟或關(guān)閉的器件。
直流水泵的工作電流比較大，所以驅動(dòng)芯片選擇了Infineon公司的專(zhuān)用電機驅動(dòng)芯片BTS7960S，最高的驅動(dòng)電流可以達到43A，且其溝道電阻為16mΩ，靜態(tài)電流7μA。這款芯片不僅滿(mǎn)足水泵啟動(dòng)時(shí)高達20～30A的啟動(dòng)電流，很低的溝道電阻也有效降低了頻繁控制MOSFET管通斷造成通斷損耗發(fā)熱的問(wèn)題。但是仍然在需要電路板上做一些散熱的處理，如在驅動(dòng)芯片的下方鋪銅、打孔，起到散熱的作用。

4 結束語(yǔ)
本文針對液體式高功率微波衰減器對衰減液溫度的嚴格要求，不僅分析了換熱的方式以及換熱器的選型與結構計算，并且給出了嵌入式溫控系統的硬件設計方案，實(shí)現了衰減液溫度的精密控制。