汽車起動機換向器酚醛模塑料后固化控制系統
管功湖1,2
(1浙江工業大學，浙江杭州310032；2．臺州學院，浙江臨海317000)
摘要：根據汽車起動機換向器酚醛模塑料后固化工藝要求，提出控制系統的具體實現方案。控制系統采用AT89S52單片機作為控制核心，主要由鍵盤、LCD顯示器、時鐘芯片、A／D轉換器、溫度傳感器等組成。硬件設計做到功能完善，電路簡單，使用方便，從軟硬件兩方面來提高控制系統的可靠性。控制系統運行穩定，時間和溫度控制準確，達到預期目標。
關鍵詞：換向器；酚醛模塑料；后固化；單片機；溫度傳感器
中圖分類號：TM363．3 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)06—0024—02
0引言
隨著汽車工業的蓬勃發展，汽車起動機不斷擴大傳動比，減小電動機直徑，縮短總長度；絕緣材料、永磁材料的高性能化促進了實現起動機的小型輕量化[1]。由于酚醛模塑料具有優良的耐熱性、堅韌性和電性能[2]，在汽車起動機換向器的制造中得到了廣泛的應用。換向器是起動機制造中工藝復雜、要求嚴格的部件之一，合理選擇換向器的制造工藝，特別是酚醛模塑料的后固化工藝在保證汽車起動機安全運轉和延長壽命方面具有重大意義。
在汽車起動機換向器生產過程中，酚醛模塑料通過加熱壓鑄成形后，還需進一步后固化處理。后固化處理工藝可以大幅度增加酚醛模塑料的玻璃化溫度Tg，從而提高耐熱性。常用的方法是采用階梯升溫和恒溫處理[3]，而前者的方法要優于后者。一般工業用烘箱大多是恒溫控制，很難做到階梯升溫；而酚醛模塑料的后固化過程需要十幾個小時，如采用人工來控制烘箱的溫度和時間，存在勞動強度大、控制不準確的缺點。本文提出以單片機AT89S52為核心，構成汽車起動機換向器酚醛模塑料后固化控制系統,采用軟硬件結合的方法,提供良好的人機交互界面,實現時間和溫度的自動控制.
1 酚醛模塑料后固化工藝分析
換向器酚醛模塑料的后固化處理主要是控制酚醛模塑料的溫度和時間。換向器酚醛模塑料后固化溫度和時間要求如圖1所示，0-t1階段溫度從室溫升到T1；t1-t2階段保持恒溫；t2-t3階段溫度從T1升到T2；t3-t4階段保持恒溫；t4-t5階段溫度從T2升到T3；t5-t6階段保持恒溫；t6-t7階段溫度從T3升到T4；t7-t8階段保持恒溫；t8以后，斷電冷卻到室溫。 以下是實際應用的時間和溫度參數；從室溫升到150oC，用時0.5h,150oC恒溫2.5h;150oC升到180oC，用時1h,180oC恒溫6h;180oC升到210oC，用時1h，210oC恒溫6小時；210oC升到230oC，用時0.5h，230oC恒溫2h；然后斷電自然冷卻。
2控制系統原理
根據汽車換向器酚醛模塑料后固化工藝的要求，控制系統主要完成對烘箱溫度和升恒溫時間的控制系統,采用軟硬件結合的方法,提供良好的人機交互界面,實現時間和溫度的自動控制.
1 酚醛模塑料后固化工藝分析
換向器酚醛模塑料的后固化處理主要是控制酚醛模塑料的溫度和時間。換向器酚醛模塑料后固化溫度和時間要求如圖1所示，0-t1階段溫度從室溫升到T1；t1-t2階段保持恒溫；t2-t3階段溫度從T1升到T2；t3-t4階段保持恒溫；t4-t5階段溫度從T2升到T3；t5-t6階段保持恒溫；t6-t7階段溫度從T3升到T4；t7-t8階段保持恒溫；t8以后，斷電冷卻到室溫。 以下是實際應用的時間和溫度參數；從室溫升到150oC，用時0.5h,150oC恒溫2.5h;150oC升到180oC，用時1h,180oC恒溫6h;180oC升到210oC，用時1h，210oC恒溫6小時；210oC升到230oC，用時0.5h，230oC恒溫2h；然后斷電自然冷卻。
2控制系統原理
根據汽車換向器酚醛模塑料后固化工藝的要求，控制系統主要完成對烘箱溫度和升恒溫時間的V，模塊內自帶-10 V負壓，用于LcD的驅動電壓。LsDl2864cT與Arr89S52接口采用8位數據總線并行輸入輸出和8條控制線，使用七種指令控制。在LcD顯示屏中可以實時顯示烘箱溫度及階段時間等信息。
3．1．2溫度采集電路
溫度傳感器采用PTl00鉑電阻溫度傳感器，其檢測量程為0～t4000C，采集到的溫度信號經過運算放大器OP07放大成0～5 V的電壓信號，然后把它送給A／D轉換芯片AD7810進行模數轉換。AD7810是一個串行的10位A／D轉換器，其轉換時間快，僅需2．3μs。測量精度可達O 4℃，滿足系統控制要求。
3.1.3時鐘電路
時鐘芯片Dsl302內含有一個實時時鐘／日歷和31字節靜態RAM。通過串行接口與單片機進行通信，它可以提供秒、分、時、日、月、年的信息。每月的天數和閏年的天數可自動調整，時鐘操作可通過AM／PM指示決定采用24或12小時格式。利用Dsl302的靜態RAM來保存階段時間和溫度等參數，Dsl302工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于1 mw。
3 1．4加熱控制電路
加熱控制電路使用光耦TLP521進行信號隔離放大，然后控制三相固態繼電器。它和由單片機AT89C52及同步信號一起構成三相晶閘管交流調功電路，采用過零觸發、周波數控制方式。
3．2系統軟件設計
控制系統采用數字化人機界面，用戶可以靈活地使用菜單進行參數設置。
系統軟件采用模塊化設計，主要由中斷服務子程序、鍵盤處理子程序、顯示子程序、功能選擇子程序、參數設置子程序、參數保存子程序、時間控制子程序、PJD算法子程序和溫度控制子程序等組成。主程序流程圖如圖4所示。
單片機AT89S52上電復位后，先進行初始化，接著讀取Dsl302上次保存的參數，包括溫度、時間及完成狀態等，然后判斷是否因斷電等異常而造成任務中斷，若不是正常結束，則繼續上次的任務；若正常完成，則進入系統主界面，如需設置參數，則選擇“設置”，進人參數設置界面，可以完成各階段時間和溫度的設置，然后保存返回。選擇“運行”，則進入運行狀態，根據各階段時間和溫度的設置值及采集的烘箱溫度，利用數字PID控制算法，以達到準確控制烘箱溫度的目的，同時實時顯示烘箱溫度和階段時間等信息。在此其間如有“停止”按鈕按下時，及時停止工作，同時保存相關參數后返回。在一次任務完成后，切斷烘箱的加熱系統，使烘箱自然冷卻，直至下一次投入運行。
4結語
利用單片機控制技術實現汽車起動機換向器塑料后固化自動控制，實踐證明運行穩定，控制的溫度和時間準確。采用該控制系統可以提高換向器產品的合格率，節省了成本，同時可以大大減輕工人的勞動強度。
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