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基于嵌入式sm32的电动注塑机熔体温度控制系统设计 0 温度失控对象 近年来，专用微控制器的改进促进了工业过程的控制，尤其是高速高集成度片上处理器的出现，简化了系统的硬件设计。注塑机用于模具成型,其温度大惯性、非线性特征导致控制参数不易匹配,出现飞边等次品;分段加热注塑料筒和喷嘴要求控制实时性高,全程需精确检测温度信息,故急切需要多任务高速处理系统。针对易受到工控现场环境影响大的温度被控对象,需寻求更加先进的PID自整定算法,满足控制参数自适应能力。本文设计了基于STM32F103ZET6的32位ARM处理器,采用多任务处理的操作系统 1 系统的设计和实现 设计中采用ST公司32位ARM Cortex-M3内核的STM32F103ZET6为微控制器,带有CAN协议、485协议等串行功能口。通过UCOS-Ⅱ操作系统调度任务驱动硬件,强大的程序可移植性缩短了软件设计周期。设计模块包括注塑机喷嘴和料筒的检测电路,触摸屏电路,电磁加热圈的温度控制及其电流、电压千赫兹值超限报警装置。CAN总线对温度变送器采用轮询模式获得信号,脉冲调宽和调周期并用驱动电磁圈,RS485通讯实现与局域网连接,整个设计充分利用片上资源降低成本。注塑机温度控制 2 网络控制板路主要组成 多回路注塑机流体温度控制系统硬件电路主要由温度CAN检测传输设计、通信模块、触摸屏模块、存储模块4个部分组成,完成温度的可靠、精确控制。 2.1 温度调节和信号转换电路 温度传感器在温度控制系统中至关重要,传统电阻式热敏元件其受热温升曲线斜率低,在高温和低温段线性度差,传输过程易受高频和信号衰减影响,冷端补偿效果差。单线制数字温度传感器如DS18B20测温范围为＿55℃～+125℃,注塑机加热系统温度在0～400℃,不能满足现场测温条件。故设计中采用进口K型0～500℃热电偶和CAN总线信号传输,温升曲线线性度好,抗干扰能力强。K型(镍铬＿镍硅)热电偶灵敏度为40.7μV/℃,组成三段式差动放大电路,检测电压变化信号。系统需对每段加热圈及对应料筒温度独立检测,CD4051模拟开关转换检测通道,ADC转换芯片选用ADAL-OG公司的16位串行AD7171,芯片无温漂,失调电压小于0.005μV/℃。信号调理电路如图2所示,信号模拟输入采用跟随器隔离,AD5041提供给AD7171以2.5 V基准电压源。转换分辨率2.5/216 V/℃;AD7171所有特性由专用引脚控制,每次数据读取时8位序列码转换位会加在16位转换结果上,确保串行传输有效性。多个AD7171芯片挂靠在CAN总线上,在CAN总线起始处串上120Ω电阻消弱回波效应。 RCC＿APB1PeriphClockCmd (RCC＿APB1Periph＿CAN1,ENABLE)配置CAN1时钟使能;CPU中断时间到时产生SCLK信号,每个时钟下降沿AD7171输出＿位数据。STM32通过TJA1050实现TTL电平与CAN协议物理层转换。CPU的bxCAN收发器设置各挂靠单元地址,控制邮箱信息发送和接收各模拟量。检测部分由于模拟开关和AD7171的应用,提高了硬件温度检测精度和系统可靠性,节省了硬件成本。 2.2 系统的fpgad模块 通信模块负责与外部物理层硬件进行数据交换。RS232电路用于串行打印调试数据;20针J-LINK仿真器电路连接JTAG接口用于调试系统程序;RS485接口用于工业局域网的物理层总线设备通讯。SP3485芯片连接CPU串口3,PE3控制SP3485的收发数据,PE3=1时,为发送模式。PE3=0时,为接收模式;系统中RS232和RS485协议传输都采用STM32的USART单元串行口3分时复用模式,简化了通讯口设计,且实验显示其两种模式都能够在19 200 bps速率下完成可靠通讯。 本系统采用支持STM32 FSMC接口控制80并口的10寸TFTLCD触摸屏显示各段料筒和喷嘴温度信息、电磁加热圈实时电流值、电压千赫兹值等设备状态报告;通过UCOS-Ⅱ图形用户驱动组态现场温度曲线。设有人机交互设定温度值及登录权限窗口。TFTLCD触摸屏的应用,增加了GUI界面数据刷新速率 2.4 存储模块的设计 存储模块为系统的信息采集和操作系统提供充分的存储和运行空间,保障系统流畅运行。主要有片内、片外两大存储部分组成 3 软件方案的设计 3.1 进程控制函数 UCOS-Ⅱ系统用于STM32微处理器的操作系统,具有高效、占用ROM内存空间小等优点。注塑机UCOS-Ⅱ系统工程框架如图3。程序移植简单,修改os＿cpu＿a.asm、UCOSⅡ-PORT等就可用于完成移植系统底层驱动,系统时钟需在system.h文件里将SYSTEM＿SUPPORT＿UCOS宏定义改为1,且采用SYSTICK定义OSIntEnte