基于液体式高功率微波衰减器温控系统的设计与实现

3．1 处理器单元
控制系统的中央处理器单元主要用来收集和处理从两个温度传感器和流量传感器传来的数据，并且将其显示在液晶屏上和存储至铁电存储器中。同时，根据测得的数据实时发出控制信号，控制水泵的转速和电加热的时间。并且还具备RS-232串口通信的功能。
为了实现上述功能，设计中采用了PHILIPS公司的LPC2000系列的32位ARM处理器LPC2148作为嵌入式控制系统的处理器芯片。这款芯片支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S CPU，标准JTAG调试接口，并带有512KB的高速FLASH存储器。超小LQFP64封装，双UART和SPI接口，不仅可以实现与上位机的RS-232通信，同时也支持了与液晶屏和铁电存储器的SPI通信。拥有45个高速GPIO，其中包括2个10位ADC，7个PWM功能引脚。十分适用于本系统的设计需求。
3．2 传感器单元
温度信号是由铠装温度传感器测量，经过变送器转换成4～20mA的电流信号，但LPC2148这款芯片的A／D功能所处理的信号为0～2．5V的电压信号，所以需要让电流信号经过一个电阻，即将温度信号转换成符合处理器A／D要求的信号，再经过隔离、滤波、再隔离的过程输入给处理器进行处理。此处的隔离是采用4路集成的放大器芯片LMV324搭建的射随器，而滤波则是用电阻电容最简单的一阶低通滤波器，因为此处只需要滤除一些低频的杂波信号而已，所以设计的频率值为35Hz。
流量信号是由流量传感器测量后发出的一个方波信号，需要测量方波信号的频率得到当前的流量数值。为了使信号的幅度稳定以便处理器可以更好的识别高低电平，所以对其进行了整波的处理，此处选择了双路集成的比较器芯片LMV393。为了使比较器电压反转更稳定，迟滞电压为0．7V，基准电压2．5V的反相比较器。其电路原理如图5所示。

3．3 驱动单元
驱动电路的功能是通过驱动芯片驱动直流水泵，这样才能使处理器发出的PWM信号控制水泵的转速，达到控制流量的目的。同时，驱动单元上也集成了利用固态继电器控制电加热的功能。电加热水箱的加热方式是采用功率为1kW的电阻丝加热，其工作电流比较大，所以才用了固态继电器作为控制其开启或关闭的器件。
直流水泵的工作电流比较大，所以驱动芯片选择了Infineon公司的专用电机驱动芯片BTS7960S，最高的驱动电流可以达到43A，且其沟道电阻为16mΩ，静态电流7μA。这款芯片不仅满足水泵启动时高达20～30A的启动电流，很低的沟道电阻也有效降低了频繁控制MOSFET管通断造成通断损耗发热的问题。但是仍然在需要电路板上做一些散热的处理，如在驱动芯片的下方铺铜、打孔，起到散热的作用。

4 结束语
本文针对液体式高功率微波衰减器对衰减液温度的严格要求，不仅分析了换热的方式以及换热器的选型与结构计算，并且给出了嵌入式温控系统的硬件设计方案，实现了衰减液温度的精密控制。