淺談溫度測(cè)控儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

豐力

（長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院 434000）

淺談溫度測(cè)控儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

豐力

（長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院 434000）

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

溫度測(cè)控儀；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；原理

前言

對(duì)溫度的精準(zhǔn)測(cè)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(duì)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(gè)領(lǐng)域中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。隨著電子科技的發(fā)展，溫度測(cè)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(shí)際的關(guān)鍵技術(shù)。

1 溫度測(cè)控儀的功能定位

對(duì)產(chǎn)品的功能定位是啟發(fā)設(shè)計(jì)思路最直接的靈感來源，包括溫度測(cè)控儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在工廠實(shí)際生產(chǎn)中，我們往往需要測(cè)控儀起到檢測(cè)溫度、監(jiān)控溫度和超限報(bào)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(cè)出的溫度值，同時(shí)，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(cè)量值輪流顯示，然后設(shè)計(jì)控制電路，對(duì)該工廠部件或設(shè)備的通斷電狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制，采用通斷控制電路，控制占空比，實(shí)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(duì)不同工廠部件或設(shè)備設(shè)置不同的控制參數(shù)，比如對(duì)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(cè)量范圍為30～90℃，測(cè)量精度為0.5℃。

對(duì)溫度測(cè)控儀的精確功能定位還能決定系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中對(duì)設(shè)計(jì)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(chǎng)上最常見的溫度測(cè)控儀，可以知道它們一般是由單片機(jī)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(duì)象所共同組成的整體電路系統(tǒng)。對(duì)于單片機(jī)的選擇上，單片機(jī)運(yùn)行的可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)重要問題，單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，若電源電壓降低或受到外界的電磁干擾，就會(huì)引起程序失控，出現(xiàn)“死機(jī)”或其它不正常現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，為此必須要增加復(fù)位電路，可以上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，至于型號(hào)的選擇，要依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，在不同公司生產(chǎn)的單片機(jī)功能介紹上，都有較為詳細(xì)的標(biāo)注。

2 溫度測(cè)控儀的硬件設(shè)計(jì)原理探析

目前市場(chǎng)的溫度測(cè)控儀有一百多種款式，硬件設(shè)計(jì)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(bào)警、溫度測(cè)試、溫度顯示和溫度控制這幾大模塊。實(shí)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(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)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(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。一般單片機(jī)、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(shí)，單片機(jī)發(fā)送高電平信號(hào)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(shí)，單片機(jī)發(fā)送低電平信號(hào)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(jì)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(bào)單元、溫度測(cè)試單元、數(shù)碼顯示單元等，溫度測(cè)控儀的整體硬件設(shè)計(jì)就是不同單元之間的獨(dú)立與連接。

3 溫度測(cè)控儀的軟件設(shè)計(jì)原理探析

對(duì)溫度測(cè)控儀軟件設(shè)計(jì)原理的探究，需要結(jié)合功能定位和模塊化設(shè)計(jì)思路來論述。舉例來說，比如一般的溫度測(cè)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(hào)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(dú)立又是相互關(guān)聯(lián)的，這時(shí)會(huì)有一個(gè)主程序來對(duì)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(cè)控的部件的溫度變化，傳感器也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)變化，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)，會(huì)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(shí)也有兩種程序代稱為程序“F1”和程序“F2”，這四項(xiàng)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(diǎn)1的程序、按下F2進(jìn)入溫度控制點(diǎn)2的程序。程序控制設(shè)置溫度的兩個(gè)數(shù)碼管閃爍的，此時(shí)鍵盤輸入有效，有按鍵按下的時(shí)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(dòng)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(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)，這里只是對(duì)整體軟件設(shè)計(jì)的原理作出電子信息領(lǐng)域的解釋。

4 結(jié)語(yǔ)

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

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1004-7344（2016）06-0262-01

2016-2-10