一种基于STM32的斩波调压吹瓶机

技术领域

本发明涉及吹瓶机技术领域，尤其涉及一种基于STM32的斩波调压吹瓶机。

背景技术

吹瓶机就是吹瓶子的机器，最浅显的解释就是能将塑料颗粒(软化成液体)或做好的瓶胚通过一定的工艺手段吹成瓶子的机器。塑料瓶一般采用吹塑成型，近年来，随着吹塑技术的飞速发展，吹塑可用于成型各种瓶子。

现有传统吹瓶机控制器仅仅实现了调压功能，但是传统的吹瓶机大多精度不高，无法自适应电网波动、畸变，在生产过程中若调压无法自适应电网，胚具受热不均匀或者温度过高过低，会导致塑料成型异常，表面不够平滑或者直接融化，成品率低下。

发明内容

基于背景技术中提出的传统的吹瓶机大多精度不高，无法自适应电网波动、畸变，在生产过程中若调压无法自适应电网，胚具受热不均匀或者温度过高过低，会导致塑料成型异常，表面不够平滑或者直接融化，成品率低下的技术问题，本发明提出了一种基于STM32的斩波调压吹瓶机。

本发明提出的一种基于STM32的斩波调压吹瓶机，包括吹瓶机控制器,微处理控制器模块(CPU)、RS485通信模块、温度采集模块、DA输出模块、负载反馈模块、脉冲输出模块、过零检测和相序检测模块，微处理控制器模块选用STM32H750XB芯片作为CPU，且微处理控制器模块的功能为数据处理和计算；

RS485通信模块选用MAX485芯片，且RS485通信模块包括有触摸屏和上位机软件，RS485通信模块的功能是通过Modbus协议与触摸屏和上位机软件通信，实现人机互动；

温度采集模块选用AD7124芯片，且温度采集模块包括有PT100温度传感器，温度采集模块的功能是将PT100温度传感器采集到的模拟量数据转化为数字量数据，并通过SPI协议传递给CPU；

DA输出模块选用MAX5214芯片，通过SPI协议将CPU计算得到的数字量转换成模拟量输出0-10V直流电；

脉冲输出模块采用光耦与双向可控硅的组合，且脉冲输出模块的功能是收到CPU的驱动信号后，通过一个100微妙的脉冲，对双向可控硅的开断进行控制，实现斩波调压；

负载反馈模块采用AC-AC变压器和全波整流电路，将负载两端的电压进行滤波整流传递给CPU，通过均方差算法得到精准的输出电压实际值；

过零检测和相序检测模块都是通过IO口中断实现的，过零检测的功能是实现分相控制，相序检测的功能是实现相序报警。

优选地，还包括以下基本流程：

S1.上电；

S2.初始化；

S3.LED程序开启；

S4.Modbus程序执行；

S5模式切换,吹瓶机控制器有斩波调压模式与温控模式。

优选地，斩波调压模式包括有相序检测程序、过零检测程序、负载反馈程序、判断设定值有效性、模糊自适应PID算法、判断PWM值有效性、斩波程序。

优选地，温控模式包括有温度转换程序、模式判断、PID运算程序和DA输出程序。

优选地，相序检测程序：通过AB相序检测电路和AC相序检测电路对IO口的中断触发，判断当前相序是否正确，若正确，进入下一步；若错误，返回；

过零检测程序：通过A相、B相、C相过零检测电路对IO口的中断触发，判断过零相，若A相过零，执行A相负载反馈程序；若B相过零，执行B相负载反馈程序；若C相过零，执行C相负载反馈程序；

负载反馈程序：通过片内模数转换器对滤波整流过的负载进行采集，在过零检测中断的上升沿设置标志位，即可周期性采集数据。前三个周期时，对采集数据的平方值进行叠加，第四个周期进行开方处理。通过均方根算法得到实际电压值。

优选地，判断设定值有效性；用户通过触摸屏对输出电压的目标值进行设定，若设定值超过阈值，则关闭通道；若设定值有效，则进入下一步；

模糊自适应PID算法：CPU对负载反馈得到的输出实际值和设定值的偏差进行计算，得到PWM值；

判断PWM值有效性：若PWM值高于阈值，则关闭通道；若PWM值有效，则进入下一步；

斩波程序：将PWM值代入脉冲输出模块，输出脉冲通过定时中断模拟100微妙信号，实现定时斩波。

优选地，温度转换程序：采用SPI通信协议将24位模数转换芯片AD7124采集到的模拟量转换成数字量传递给CPU。

优选地，模式判断：若为自动模式，则进入下一步；若为手动模式，则通过触摸屏手动写入DA输出目标值；若为自动模式，则进入下一步。

优选地，PID运算程序：通过实际值与目标值的差值，进行PID运算，得到DA输出值。

优选地，DA输出程序：CPU将DA输出值通过SPI通信协议传递给16位数模转换芯片MAX5214芯片。

本发明中的有益效果为：

1、该基于STM32的斩波调压吹瓶机，具备精准的负载反馈，本控制器通过AC-AC变压器和全波整流电路对负载两端的电压整流，达到对负载的精准采集；本装置控制电路简单，解决了反向耐压问题。本控制器通过脉冲输出控制双向可控硅输出角的方式对输出电压进行控制，较传统可控硅控制方式比，更加简单可靠。

2、该基于STM32的斩波调压吹瓶机，本装置采用模糊自适应算法对控制系统进行优化，本控制器通过模糊算法对增量式PI控制算法进行优化，有效减小电网波动对输出电压的影响，实现对交流电压的精准闭环控制；另外本控制器的温度采集精度高，本控制器采用24位模数转换芯片AD7124对PT100温度传感器进行温度采集，可精确到小数点后两位，采样精度高。

3、该基于STM32的斩波调压吹瓶机，本控制器集成度高，功能全面，本控制器包含脉冲输出模块、负载反馈模块、相序检测和过零检测模块、DA输出模块、温度采集模块和RS485通信模块，可满足吹瓶机加热工艺的基本需求，并且本装置可人机互动，智能化程度高，本控制器通过modbus协议与触摸屏通信，操作者只需在触摸屏上实时监控，较传统工艺更加高效便捷；采用STM32单片机实现功能，成本低，装备简单，维护方便。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于STM32的斩波调压吹瓶机的吹瓶机框架图结构示意图；

图2为本发明提出的一种基于STM32的斩波调压吹瓶机的主程序流程图的结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于STM32的斩波调压吹瓶机的斩波调压模式的结构示意图；

图4为本发明提出的一种基于STM32的斩波调压吹瓶机的温控模式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

参照图1-4，一种基于STM32的斩波调压吹瓶机，包括吹瓶机控制器,微处理控制器模块(CPU)、RS485通信模块、温度采集模块、DA输出模块、负载反馈模块、脉冲输出模块、过零检测和相序检测模块，微处理控制器模块选用STM32H750XB芯片作为CPU，且微处理控制器模块的功能为数据处理和计算；

RS485通信模块选用MAX485芯片，且RS485通信模块包括有触摸屏和上位机软件，RS485通信模块的功能是通过Modbus协议与触摸屏和上位机软件通信，实现人机互动；

温度采集模块选用AD7124芯片，且温度采集模块包括有PT100温度传感器，温度采集模块的功能是将PT100温度传感器采集到的模拟量数据转化为数字量数据，并通过SPI协议传递给CPU；

DA输出模块选用MAX5214芯片，通过SPI协议将CPU计算得到的数字量转换成模拟量输出0-10V直流电；

脉冲输出模块采用光耦与双向可控硅的组合，且脉冲输出模块的功能是收到CPU的驱动信号后，通过一个100微妙的脉冲，对双向可控硅的开断进行控制，实现斩波调压；

负载反馈模块采用AC-AC变压器和全波整流电路，将负载两端的电压进行滤波整流传递给CPU，通过均方差算法得到精准的输出电压实际值；

过零检测和相序检测模块都是通过IO口中断实现的，过零检测的功能是实现分相控制，相序检测的功能是实现相序报警。

本发明中，还包括以下基本流程：

S1.上电；

S2.初始化；

S3.LED程序开启；

S4.Modbus程序执行；

S5模式切换,吹瓶机控制器有斩波调压模式与温控模式。

本发明中，斩波调压模式包括有相序检测程序、过零检测程序、负载反馈程序、判断设定值有效性、模糊自适应PID算法、判断PWM值有效性、斩波程序。

本发明中，温控模式包括有温度转换程序、模式判断、PID运算程序和DA输出程序。

本发明中，相序检测程序：通过AB相序检测电路和AC相序检测电路对IO口的中断触发，判断当前相序是否正确，若正确，进入下一步；若错误，返回；

过零检测程序：通过A相、B相、C相过零检测电路对IO口的中断触发，判断过零相，若A相过零，执行A相负载反馈程序；若B相过零，执行B相负载反馈程序；若C相过零，执行C相负载反馈程序；

负载反馈程序：通过片内模数转换器对滤波整流过的负载进行采集，在过零检测中断的上升沿设置标志位，即可周期性采集数据。前三个周期时，对采集数据的平方值进行叠加，第四个周期进行开方处理。通过均方根算法得到实际电压值。

本发明中，判断设定值有效性；用户通过触摸屏对输出电压的目标值进行设定，若设定值超过阈值，则关闭通道；若设定值有效，则进入下一步；

模糊自适应PID算法：CPU对负载反馈得到的输出实际值和设定值的偏差进行计算，得到PWM值；

判断PWM值有效性：若PWM值高于阈值，则关闭通道；若PWM值有效，则进入下一步；

斩波程序：将PWM值代入脉冲输出模块，输出脉冲通过定时中断模拟100微妙信号，实现定时斩波。

本发明中，温度转换程序：采用SPI通信协议将24位模数转换芯片AD7124采集到的模拟量转换成数字量传递给CPU。

本发明中，模式判断：若为自动模式，则进入下一步；若为手动模式，则通过触摸屏手动写入DA输出目标值；若为自动模式，则进入下一步。

本发明中，PID运算程序：通过实际值与目标值的差值，进行PID运算，得到DA输出值。

本发明中，DA输出程序：CPU将DA输出值通过SPI通信协议传递给16位数模转换芯片MAX5214芯片。

本装置具备精准的负载反馈，本控制器通过AC-AC变压器和全波整流电路对负载两端的电压整流，达到对负载的精准采集；本装置控制电路简单，解决了反向耐压问题。本控制器通过脉冲输出控制双向可控硅输出角的方式对输出电压进行控制，较传统可控硅控制方式比，更加简单可靠，采用模糊自适应算法对控制系统进行优化，本控制器通过模糊算法对增量式PI控制算法进行优化，有效减小电网波动对输出电压的影响，实现对交流电压的精准闭环控制；另外本控制器的温度采集精度高，本控制器采用24位模数转换芯片AD7124对PT100温度传感器进行温度采集，可精确到小数点后两位，采样精度高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。