摘要:射频是一种高频电磁波，具有很强的穿透力，其穿透到被加热物料内部，使物料内部的极性分子以极高的频率来回振荡，摩擦生热，使物料温度快速升高，达到杀死微生物或者破坏微生物的生存环境的目的。

本文叙述了一种以STM32F103单片机为核心处理器，采用PID算法对温度进行智能控制的射频加热装置，并叙述了变频器的选型及驱动、MCGS组态开发及监控，完成了总体电路图的绘制和单片机程序的编写。

本装置是由温度传感器检测并传回温度信号，经PID算法运算，使用PWM方式调节全桥逆变电路，从而改变阳极高压的大小，进一步改变射频电源的输出功率，最终影响加热温度的改变，构成一个温度闭环反馈系统。灯丝电压和栅极电压通过电阻分压采集到单片机内，单片机通过控制半桥逆变电路的PWM调节灯丝电压，使其电流保持稳定，对栅极电压和电流保持实时监控。

关键词：射频杀菌；温度闭环；STM32；电子管

 

目录

摘要

ABSTRACT

第一章-绪论1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 粮食射频杀菌控制系统的发展和现状-1

1.3 本论文研究的主要内容和主要任务-2

1.4 本章小结-2

第二章 射频杀菌原理及控制方案.3

2.1 射频的概念及特征-3

2.2 射频杀菌的原理及其特点-3

　2.2.1 射频杀菌的基本原理-3

　2.2.2 射频加热的特点-4

2.3 射频杀菌系统-5

　2.3.1 射频杀菌系统组成-5

　2.3.2 射频控制流程-5

2.4 射频杀菌系统控制方案比较-5

　2.4.1 方案一 通过调节栅极电压来调节射频电源输出功率-6

　2.4.2 方案二 通过调节阳极高压来调节射频电源输出功率-6

　2.4.3 控制方案的选取-7

2.5 本章小结-7

第三章 射频杀菌系统硬件电路.9

3.1 射频控制系统总体设计-9

3.2 STM32F103最小系统-9

　3.2.1 微处理器的选择-9

　3.2.2 STM32最小系统电路-9

3.3 温度检测模块-10

　3.3.1 传感器的选取-10

　3.3.2 热电偶测温原理-11

　3.3.3 温度检测电路-11

3.4 MCGS通讯电路-12

3.5 变频器模块-12

　3.5.1 变频器选型-12

　3.5.2 变频器的通讯协议-13

　3.5.3 变频器通讯电路-16

3.6 射频电源控制接口-16

　3.6.1 阳极回路控制方法-16

　3.6.2 IGBT驱动电路-17

3.7 电压电流检测模块-18

　3.7.1 霍尔电流传感器原理及特点-19

　3.7.2 电压电流检测电路-19

3.8 步进电机驱动接口-19

　3.8.1 SRAC2驱动器概述-20

　3.8.2 SRAC2电路连接-20

3.9 硬件抗干扰设计-21

3.10 本章小结-21

第四章 射频杀菌系统软件设计.23

4.1 系统软件设计主程序-23

4.2 射频电源控制程序-23

　4.2.1 温度信号采集程序-23

　4.2.2 PID运算程序-24

　4.2.3 PWM输出程序-25

　4.2.4 电流电压检测程序-26

4.3 运动元件控制程序-26

　4.3.1 上极板控制程序-27

　4.3.2 传送带控制程序-27

4.4 人机接口-27

4.5 本章小结-28

第五章 MCGS组态软件应用开发.29

5.1 组态软件的选择-29

5.2 MCGS组态的设计-29

5.3 报警显示和报警数据-30

5.4 历史数据报表-31

5.5 设备通信-31

5.6 本章小结-32

第六章 总结及展望.33

6.1 论文总结-33

6.2 不足之处及展望-33

参考文献35

致谢37

附录A38