微波加热器温度智能控制系统设计

　　1 引言

　　微波加热作为一种工业上的处理技术早在六十多年前就产生了。微波对物质的加热是从物质分子出发的，又称“内加热”而传统的加热则是靠热传导和热对流来实现的，因此加热速度比较慢^[1]。在生物医学工程领域普遍采用 915MHz 的微波进行加热药品或者其他的溶液试剂，但是普通的加热设备存在着热转换效率低，加热时间长，实时性差，安全隐患不能得到良好的保障等缺点。本论文目的在于研制一种2455MHz 微波恒温加热设备，利用红外温度传感器IRTP 进行温度采集，利用 STC89C52RC 单片机调用增量式PID算法对加热器温度进行处理，以实现温度的恒温控制。

　　2 硬件组成

　　本系统微波加热器的设计原理和普通微波炉相似，微波发生元件是工作频率为2450MHz的连续磁控管。微波加热器的功率通过可控硅触发器调节磁控管的占空比来实现输入功率的改变^[2]。加热器实际是一个多模的微波谐振腔，由磁控管产生的微波能量经过波导传输到加热腔，电磁波在腔内多次反射叠加形成驻波场。通过理论推导谐振模式越多，物体加热的均匀行越好，所以该加热器的的加热腔设计为长、宽、高，分别为32cm、24cm、32cm。本系统的温度采集采用红外温度传感器，因为红外温度传感器是免接触的，可以保证加热的药品不被污染，而且不会破坏系统的温度场。红外温度传感器的嵌入探头点应该设计在微波场的节点处，也就是此点的微波能量最小，所以嵌入的红外传感器的探头就不会受到微波的辐射。因而该红外温度传感器采集的温度比较接近物体本身的温度，误差比较小。

　　本系统温度控制主要是 STC89C52RC 单片机，本人采用的是一款 T X - 1 C 单片机开发板。STC89C52RC 单片机它内部有 1280 字节的 SRAM、8-64K 字节的内部程序存储器、2-8K 字节的 ISP 引导码、除 P0-P3 口外还多 P4 口(PLCC 封装)、片内自带 8 路 8 位 AD(AD 系列)，片内自带 EEPROM、片机自带看门狗、双数据指针等。此外该开发板主要还有 6 位数码管，8 位 LED 发光二极管，MAX232芯片 RS232 通讯接口，USB 供电系统，USB 供电系统，ADC0804 芯片，DAC0832 芯片，4*4 矩阵键盘另加四个独立键盘等。

　　图(1 )是该温度控制系统硬件组成，红外温度传感器型号是IRTP 300L，测温范围: -20～300℃，信号输出: 4~20mA，用来测被加热物体的温度。温度传感器输出信号经过A/D转换器与键盘输入的实际值进行比较，然后通过单片机调用智能PID 子程序。温度信号经过 PID 处理的信号通过单片机I/O 输出，该信号也就是可控硅的触发脉冲。通过可控硅触发器可以控制磁控管的占空比，实现微波加热器的功率调节以达到温度的恒温控制。