1 引言

　　微波以它的獨特的功能開拓運用領域的新技術,，其中包括微波通信,，微波測量，微波加熱等新技術,。微波能產生于微波源,。它是由產生微波能的心臟——微波管和為微波管提供必要工作條件的電源組成。微波作為一種新的能量傳遞方式,，在電子電氣行業(yè)中發(fā)展很快,，其中大功率微波源常用于加熱及無極光燈的激勵源，為了更好地滿足應用的需要,，經常需要功率控制,。為達到無極紫外燈在微波的激發(fā)作用下，能夠產生連續(xù)可變的光源,，并且能夠較好地克服技術性與經濟性的矛盾,，提高性價比，本文論述單片機微波功率控制技術,。

　　2 芯片簡介

　　系統使用的pic16f873,，采用靜態(tài)設計技術、高性能的哈佛結構cpu和risc指令集，實現了低功耗和寬工作電壓范圍,，提高了cpu的工作速度和效率,。包含4k×14的程序閃存，192字節(jié)的數據隨機存儲器和128字節(jié)數據eeprom存儲器,。其中i/o端口為端口a,b和c,具有13個中斷源,，三個定時器，兩個ccp(捕捉器/比較器/pwm)模塊,、一個看門狗電路,、一個并行從屬端口psp，集成了8通道a/d轉換器,。pic16f87x系列既有spi和i2c主串行通信端口,，又有usart異步串行通信端口。

　　該芯片實現的主要功能：單片機用于協調外圍設備的數據,，地址和控制信號的傳送,；完成對倍壓整流輸出電壓的采樣，a/d轉換以及與設定值比較,；完成觸發(fā)脈沖的同步與發(fā)送,；完成對擁護指令的識別以及對設備運行狀態(tài)的顯示。

　　3 系統設計

　　3.1 原理設計

　　mcu是系統的核心,，完成信號處理以及對各個模塊進會諧調控制的任務,。系統開機，單片機上電復位啟動,，檢測鍵盤輸入動作后,，單片機根據不同的指令去完成不同的動作。在調功指令下達后,，單片機根據輸入數據計數,，觸發(fā)延時，并檢測過零脈沖,，同時送顯示指令,。觸發(fā)延時結束,，觸發(fā)電路中的觸發(fā)脈沖就產生并維持一定強度與時間,，使雙向晶閘管有效導通。磁控管工作后,，由采樣電路采集陽極電壓信號,，并與設定電壓比較后對觸發(fā)延時作一定的修正。同時檢測光強信息,，使光強滿足用戶要求,。通過這個過程，完成對無極燈放電的穩(wěn)定控制，有連續(xù)調節(jié)的功能,，而且操作簡單,，便于與用戶直接交流，易于用戶直接使用,。系統結構圖如圖1所示,。

圖1 系統結構圖

　　3.2 系統硬件設計

　　（1）升壓和整流的電路,。磁控管腔體電壓一般要達到1800v才能工作,，為此必須設計升壓變壓器來抬升電壓。采用兩個變壓器t1和t2并聯方式向倍壓整流電路供電,。

　　當交流電為正半周時,，二極管d2承受正壓導通對電容c2充電，直到達到交流電最大值 ,；c1則處于放電過程,，與t1次級線圈一起對磁控管供電。負半周則相反,。其輸出平均電壓關系式為：

　　采用全波倍壓整流電路,，其電路如圖2所示。

圖2 全波倍壓整流電路

　　電容的取值較為重要,，它直接影響電壓波形,。為使波形平穩(wěn)，且能夠滿足電壓調節(jié)的響應速度,，電容取值應以電容在半個周期完成放電為依據,。在此電路中，負載有電源內阻（即次級繞組直流電阻）和磁控管總電阻約為300左右,。以下采用不同電容值電壓平均值及其波形參見表1,。

表1 不同電容值波形

　　（2）過零檢測電路,。同步電路使用過零檢測方法通知單片機的同步時刻,。陽極電壓（電流）反饋是重要的反饋，它很大程度上決定系統的準確性與穩(wěn)定壓,，使用采樣電阻進行電流采樣,。光強檢測應用紫外線傳感器感應無極燈光強大小。

　　為適時地給可控硅加觸發(fā)脈沖,，控制導通角,，必須時刻對交流電的相位進行檢測，為此專門設計一個電壓過零檢測器,，如圖3所示,。

圖3 過零檢測器

　　a和b兩點輸出為全波整流后的脈動電壓,，當電壓過零時，q1關閉,，集電極電平為高,，送到單片機中斷口斷出同步電壓的相位。

　?。?）觸發(fā)電路,。觸發(fā)電路實現對磁控管腔電壓的控制，采用雙向可控硅器件控制變壓器原邊電壓,。在控制極加一正或負電壓,，使雙向可控硅導通。觸發(fā)電路如圖4所示,。

圖4 觸發(fā)電路

　?。?）其它功能模塊。

　　陽極電流反饋電路：磁控管工作時的通態(tài)電阻很少,，因而陽極電壓稍微變化,，將會引起磁控管陽極電流的很大變化，輸出功率亦會發(fā)生很大變化,。為了穩(wěn)定功率的輸出,，可采用單閉環(huán)反饋電路，它由陽極電流采樣和光電耦合隔離電路組成,。

　　光強檢測電路：系統采用進口的ｕｖａ,、ｕｖｂ(波長為260～370ｎｍ)的紫外線傳感器。該傳感器是波長λ<400ｎｍ的,，對紫外光敏感的二氧化鈦光電二極管,。輸出電壓為0～4.3ｖ,轉換系數。經數模轉換,把模擬信號轉換為二進制數,存儲在數據緩沖區(qū),。

　　電源電路：加入emi抗擾模塊,，采用多路供電，分別用于單片機,，a/d基準和其它芯片,。鍵盤與顯示：采用矩陣或4*4鍵盤，完成指令的輸入,。顯示采用led顯示專用芯片與單片,。

　　機串行聯接，節(jié)省i/o口,，節(jié)約單片機資源,。

　　3.3 系統軟件設計

　　本系統的穩(wěn)定工作是基于軟件算法，采用看門狗技術監(jiān)視軟件運行狀態(tài),，有效提高運行的可靠性。不同型號的磁控管，對軟件作適當修改,，可適合不同的應用場合,。

　　其中系統的人機對話接口（鍵盤和顯示器），包含鍵盤掃描程序,、鍵處理程序和顯示子程序,；電壓控制的核心子程序，包含電壓檢測子程序,，數值比較子程序,，角度轉換（即定時器初值轉換）子程序，過零中斷處理子程序等,；數值間轉換子程序,，主要用于a/d轉換后數值處理，以便電壓調節(jié),、信息顯示正確,。

　　程序用到的主要臨時數據儲存單元的簡單介紹，系統的工作流程圖如圖5所示,。調壓子程序如圖6所示,。

圖5 工作流程圖

圖6 調壓子程序

　　4 結束語

　　本設計以單片機pic16f873為核心部分，以雙向可控硅為功率調節(jié)元件,，充分利用軟件優(yōu)化算法,，實現微波源的全數字調功功能。系統中的電壓負反饋閉環(huán)控制環(huán)節(jié),，使微波源工作更穩(wěn)定,，更好的實現功率的連續(xù)可調。此外光電隔離及變壓器隔離措施,，很好地抑制了電磁干擾,，保證微波源有更長的使用壽命。