高温真空炉嵌入式高精度数字调功器的研究

摘要

本文设计的嵌入式高精度数字调功器是针对生产蓝宝石晶体的高温真空炉控温系统的要求而设计的。
　　 系统采用易于控制的可控硅来调整三相交流电的导通角，文中介绍了可控硅的控制原理、工作参数以及触发要求。过零检测电路的精度决定可控硅导通角的精度，文中设计了一种高精度的过零检测电路，此电路的特点是输出过零脉冲，通过过零脉冲的上升沿和下降沿的中点来确定过零点。应用高精度的霍尔电压、电流传感器来获取电压、电流反馈信号后，采用真有效值AC/DC变换器进行交直流变换。采用高速高精度的模数转换器AD7784进行模数转换，为提高模数转换的精度，采用了过采样技术，文中设计的过采样电路可实现反馈信号之上叠加三角波信号。系统采用低功耗单片机MSP430F149作为控制器件，接收并处理过零检测信号、输出PWM驱动脉冲、控制模数转换器等。
　　 系统的软件设计包括主机软件和从机软件两部分。在主机软件设计中，应用定时器A的捕获定时中断功能实现过零脉冲的检测；接收从机传来的数据，应用PID增量型控制算法计算可控硅的导通角；应用定时器B输出PWM驱动脉冲。从机软件设计主要是输出生成三角波所需的PWM脉冲，控制模数转换器进行模数转换并处理模数转换数据。
　　 本文首先介绍了嵌入式实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ的发展过程、特点、任务管理及其在微处理器MSP430F149上的移植。然后主要介绍了系统的硬件设计和软件设计。最后，文中提出了系统抗干扰设计的一些方法和措施。