豐力

（長江大學(xué)電子信息學(xué)院 434000）

淺談溫度測控儀的系統(tǒng)設(shè)計原理

豐力

（長江大學(xué)電子信息學(xué)院 434000）

工業(yè)自動化的發(fā)展離不開電子科技技術(shù)的支持，溫度測控儀就是典型的推動工業(yè)自動化發(fā)展的電子科技產(chǎn)品，本文重點討論了工業(yè)生產(chǎn)中常見溫度測控儀的系統(tǒng)設(shè)計原理，包括產(chǎn)品的功能定位、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

溫度測控儀；系統(tǒng)；設(shè)計；原理

前言

對溫度的精準(zhǔn)測控是工業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的環(huán)節(jié)，在化工、冶金、醫(yī)藥、航空等領(lǐng)域里，對溫度的控制效果直接影響到許多產(chǎn)品的質(zhì)量及使用壽命，因此，溫度控制成為各個領(lǐng)域中的一項關(guān)鍵技術(shù)。隨著電子科技的發(fā)展，溫度測控系統(tǒng)得到了較為完善的開發(fā)，成為工廠企業(yè)應(yīng)用于生產(chǎn)實際的關(guān)鍵技術(shù)。

1 溫度測控儀的功能定位

對產(chǎn)品的功能定位是啟發(fā)設(shè)計思路最直接的靈感來源，包括溫度測控儀的系統(tǒng)設(shè)計。在工廠實際生產(chǎn)中，我們往往需要測控儀起到檢測溫度、監(jiān)控溫度和超限報警這三大功能，具體的產(chǎn)品表現(xiàn)上，我們需要通過溫度傳感器采集某工廠部件或設(shè)備中的當(dāng)前溫度值，并在LED數(shù)碼管上顯示出測出的溫度值，同時，設(shè)定鍵盤給定，通過按鍵給定要控制的部件或設(shè)備中的目標(biāo)溫度，該設(shè)定值也可顯示在LED數(shù)碼管上，與測量值輪流顯示，然后設(shè)計控制電路，對該工廠部件或設(shè)備的通斷電狀態(tài)進(jìn)行自動控制，采用通斷控制電路，控制占空比，實現(xiàn)PWM控制算法，使目標(biāo)設(shè)備中的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，最后，針對不同工廠部件或設(shè)備設(shè)置不同的控制參數(shù)，比如對某工廠的燒水鍋爐，我們可以將控制參數(shù)設(shè)置在：溫度測量范圍為30～90℃，測量精度為0.5℃。

對溫度測控儀的精確功能定位還能決定系統(tǒng)設(shè)計過程中對設(shè)計材料和方式的選擇，包括硬件構(gòu)造和軟件程序的選擇。我們分析市場上最常見的溫度測控儀，可以知道它們一般是由單片機電路控制的，搭配溫度傳感器的使用，完成由主控電路、鍵盤輸入、數(shù)碼管顯示、控制輸出和控制對象所共同組成的整體電路系統(tǒng)。對于單片機的選擇上，單片機運行的可靠性是單片機系統(tǒng)中的一個重要問題，單片機運行時，若電源電壓降低或受到外界的電磁干擾，就會引起程序失控，出現(xiàn)“死機”或其它不正?，F(xiàn)象，導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，為此必須要增加復(fù)位電路，可以上電自動復(fù)位和手動復(fù)位，以保證系統(tǒng)的正常運行，至于型號的選擇，要依據(jù)實際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，在不同公司生產(chǎn)的單片機功能介紹上，都有較為詳細(xì)的標(biāo)注。

2 溫度測控儀的硬件設(shè)計原理探析

目前市場的溫度測控儀有一百多種款式，硬件設(shè)計在細(xì)節(jié)上難免有細(xì)微不同之處，但就大體總結(jié)而言，一般都包括鍵盤輸入、超限報警、溫度測試、溫度顯示和溫度控制這幾大模塊。實現(xiàn)以上幾大模塊功能的主要硬件設(shè)施就是傳感器，溫度傳感器是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定，其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。它的工作原理是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。一般單片機、傳感器到數(shù)字顯示，都是通過三極管控制繼電器的通斷，最后達(dá)到控制電熱器的目的，溫度未達(dá)到要求時，單片機發(fā)送高電平信號使三極管飽和導(dǎo)通，繼電器使電源與電熱器接通，電熱器加熱。溫度慢慢升高，當(dāng)溫度上升到預(yù)定溫度時，單片機發(fā)送低電平信號三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，繼電器的彈片打到另一側(cè)，使電熱器與電源斷開，電熱器停止加熱。

值得一提的是，在電子信息領(lǐng)域，硬件系統(tǒng)設(shè)計一般由單元組成，比如鍵盤單元、溫度控制及超溫單元、超溫警報單元、溫度測試單元、數(shù)碼顯示單元等，溫度測控儀的整體硬件設(shè)計就是不同單元之間的獨立與連接。

3 溫度測控儀的軟件設(shè)計原理探析

對溫度測控儀軟件設(shè)計原理的探究，需要結(jié)合功能定位和模塊化設(shè)計思路來論述。舉例來說，比如一般的溫度測控儀都有以下幾類程序：鍵盤掃描電路及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、數(shù)碼管顯示程序、繼電器控制程序和串口通訊程序，這些不同類別的程序控制不同的功能操作，它們之間既是相互獨立又是相互關(guān)聯(lián)的，這時會有一個主程序來對這些不同類別的功能程序進(jìn)行調(diào)配，主程序開始后，系統(tǒng)開始初始化，隨著被測控的部件的溫度變化，傳感器也會出現(xiàn)數(shù)據(jù)變化，針對不同的數(shù)據(jù)，會由主程序進(jìn)行判斷，假設(shè)現(xiàn)在有兩種溫度，分別代稱為溫度“1”和溫度“2”，同時也有兩種程序代稱為程序“F1”和程序“F2”，這四項代稱均由按鍵控制，主程序就負(fù)責(zé)判斷F1、F2程序是否被按下，按下F1進(jìn)入溫度控制點1的程序、按下F2進(jìn)入溫度控制點2的程序。程序控制設(shè)置溫度的兩個數(shù)碼管閃爍的，此時鍵盤輸入有效，有按鍵按下的時候進(jìn)入按鍵處理程序，按下“確定”按鍵后，程序進(jìn)入判斷程序和繼電器控制程序，繼電器動作后，程序回到顯示當(dāng)前程序，并開始循環(huán)。當(dāng)然，程序類別和溫度種類肯定都不一定只是兩種，具體的程序代碼也涉及計算機科學(xué)知識，這里只是對整體軟件設(shè)計的原理作出電子信息領(lǐng)域的解釋。

4 結(jié)語

溫度測控儀只是電子科技應(yīng)用于實際生產(chǎn)的一個典型案例，類似于這類案例還有很多，對于廣大在校電信專業(yè)的學(xué)生來說，掌握例如溫度測控儀這類產(chǎn)品的硬件、軟件設(shè)計原理非常重要，尤其是這種科學(xué)探索的思路，對于以后參加相關(guān)專業(yè)工作，會有很大的啟發(fā)。

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2016-2-10