加固顯示器機內(nèi)溫度檢測與控制技術(shù)研究

張勇

【摘 ?要】加固顯示器機內(nèi)溫度檢測與控制的研究是為了保證的軍用加固顯示器在抗惡劣環(huán)境條件下正常使用。本文通過介紹顯示器的關(guān)鍵部位的檢測及溫度控制方法，結(jié)合外部設(shè)備加固工藝技術(shù)的成熟經(jīng)驗，對顯示器的溫度檢測、控制、熱設(shè)計等進行了詳細(xì)分析。

引言

根據(jù)加固計算機系統(tǒng)提出的要求，能夠準(zhǔn)確的對加固顯示器內(nèi)部溫度進行實時檢測與控制，是加固顯示器設(shè)計中需要解決的一項關(guān)鍵技術(shù)問題。加固顯示器是重要的計算機外部設(shè)備，工作溫度通常在-43℃～+55℃之間，這樣的環(huán)境勢必會對加固顯示器的顯示效果和電子元器件的適應(yīng)性產(chǎn)生影響。在低溫工作時出現(xiàn)屏幕結(jié)霜、圖象模糊、響應(yīng)滯后、甚至無法顯示等問題;在高溫工作時會出現(xiàn)顯示抖動、黑屏等問題。這些問題的出現(xiàn)會直接影響到系統(tǒng)的正常使用。

一、設(shè)計思路及技術(shù)方案

為了確保加固顯示器適應(yīng)軍用環(huán)境的使用要求，在低溫環(huán)境需要對機器內(nèi)部的關(guān)鍵部位進行預(yù)熱處理。如對顯示控制電路、逆變器電路、顯示屏玻璃等部位進行加熱，解決低溫適應(yīng)性差的問題。在高溫環(huán)境對機器內(nèi)部易發(fā)熱顯控芯片等部位進行風(fēng)扇散熱處理，使溫升能迅速向外傳導(dǎo)，防止結(jié)溫過高損壞器件。

合理布置溫度檢測點，將檢測到的溫度數(shù)據(jù)與軟件設(shè)定值相比較，然后進行相應(yīng)的控制，使加固顯示器達(dá)到環(huán)境指標(biāo)要求。當(dāng)檢測到加固顯示器內(nèi)部溫度較低時，啟動控制電路對相關(guān)部位進行加熱，在達(dá)到顯示器適宜的溫度后自動停止加熱;當(dāng)檢測到顯控芯片溫度過高時，開啟風(fēng)扇進行散熱;并通過串口電路與PC機實現(xiàn)動態(tài)溫度直觀顯示，將采集的數(shù)據(jù)供技術(shù)人員分析研究。

由于加固顯示器尤其是加固平板顯示器體積小、重量輕，因此要求溫度檢測控制電路體積小、可靠性高，電路的控制元件不對顯示電路產(chǎn)生干擾。為此采用Atmel公司AT89C51單片機作為主控制元件，采用Dallas 公司DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為溫度檢測元件，通過外圍電路控制加熱器和風(fēng)扇，以達(dá)到實時檢測控制的目的。DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種低功耗元件，測溫范圍從-55℃至+125℃，增量值為0.5℃，可把溫度信號直接轉(zhuǎn)化成串行的數(shù)字信號供微機處理。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，熱敏電阻雖有較高的靈敏度，但與溫度的關(guān)系呈較強的非線性，這給較寬溫區(qū)的標(biāo)度變換帶來一定困難且熱敏電阻之間互換性較差。迄今為止，設(shè)計中出現(xiàn)的熱敏電阻的非線性與自熱問題仍然不能同時得到解決，但是數(shù)字溫度傳感器就真正地同時獲得高線性度與低自熱的性能。并且具有體積小巧、計算精確、性價比高等特點，特別適用于設(shè)備內(nèi)部的溫度檢測。

為了提高電路可靠性，采用光繼電器作為控制加熱器和風(fēng)扇的執(zhí)行元件;光繼電器可根據(jù)系統(tǒng)供電選用交流或直流兩種類型，具有體積小、可靠性高、無漏磁和火花干擾的優(yōu)點。為方便使用還設(shè)置了手動開關(guān)，控制顯示屏加熱玻璃的加熱定時除霧功能。溫度檢測控制電路的電路框圖見圖一。

二、電路工作原理及原理圖

溫度檢測控制電路主要分為硬件原理設(shè)計和軟件程序設(shè)計。硬件部分由單片機AT89C51，多個數(shù)字溫度傳感器DS18B20，以及標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口轉(zhuǎn)換芯片MAX232等組成。軟件采用MCS-51匯編語言編寫，由上電自檢子程序，復(fù)位子程序，啟動并讀取子程序，高精度溫度轉(zhuǎn)換子程序，動態(tài)顯示子程序，存儲子程序等組成系統(tǒng)主程序。

電路采用+12V直流供電，測溫時，將數(shù)字溫度傳感器分別固定于顯示器內(nèi)部對溫度變化較敏感的部位，溫度值經(jīng)數(shù)字溫度傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，經(jīng)AT89C51的I/O口暫存在數(shù)據(jù)存儲器RAM中，然后通過轉(zhuǎn)換子程序計算得出高精度的溫度值，將該值與程序中預(yù)先設(shè)定值進行比較以決定采取何種方式控制溫度。

測試溫度首先是要對溫度傳感器進行編程，溫度傳感器內(nèi)部有一個狀態(tài)寄存器，有九條編程命令可對其進行跟蹤測試。溫度傳感器在恒溫模式中只要向溫度傳感器中的高溫寄存器和低溫寄存器寫入所需溫度值，當(dāng)電路控制測得高溫寄存器達(dá)到所寫的溫度值時，高溫超限標(biāo)志就會置“1”。同樣，低溫也是如此，這樣就可以進行溫度控制。圖三為溫度檢測控制電路軟件流程圖。

根據(jù)電路原理對各個節(jié)點在每種狀態(tài)下的電壓、電流等電氣特性進行檢測分析，確認(rèn)硬件電路正確后接下來就是程序的編輯、調(diào)試、仿真階段。采用了Wave6000軟件，該軟件可以配合硬件進行單片機的硬件仿真，也可以單獨進行單片機的軟件仿真。利用該軟件進行單片機軟件的編輯調(diào)試和模擬仿真，結(jié)合一臺寫碼器，進行單片機的開發(fā)工作。調(diào)試仿真過程中，發(fā)現(xiàn)RAM、寄存器和各外設(shè)模塊的內(nèi)容與程序邏輯要求不一致，我們就從程序邏輯結(jié)構(gòu)方面查找原因，修改程序結(jié)構(gòu)和語句，直到符合要求，完成軟件模擬仿真。然后，用寫碼器將軟件模擬調(diào)試和仿真好的程序的機器碼寫入芯片中，插入寫好程序的芯片后，電路板能夠正常工作。計算得出高精度的溫度值還可以通過串行接口與PC機實現(xiàn)動態(tài)顯示備現(xiàn)場觀察，所保存的數(shù)據(jù)可通過串行口與計算機通信，通過計算機就可以獲得顯示器內(nèi)部溫度變化的情況，這樣就達(dá)到計算機對所測溫度值進行后續(xù)處理，管理數(shù)據(jù)的目的。

三、試驗及應(yīng)用情況

溫度檢測控制電路的關(guān)鍵是確定高、低溫的控制參數(shù)。如低溫情況下溫度值多少時開加熱器，達(dá)到多少度時關(guān)斷加熱器;短時間內(nèi)達(dá)到正常溫度所需要的功率;在高溫情況下溫度值多少時打開散熱風(fēng)扇，達(dá)到多少值時關(guān)閉散熱風(fēng)扇;什么時候啟動加熱玻璃、加熱多長時間就可以起到對顯示屏玻璃除霧的作用等等。這些參數(shù)通過多次摸底試驗確定后，在程序中定義函數(shù)和變量，并通過相應(yīng)的子程序完成對外部信號的控制。

最后，將電路板安裝于顯示器內(nèi)部，模擬實際使用環(huán)境進入高、低溫環(huán)境試驗階段。溫度檢測系統(tǒng)啟動后，執(zhí)行相應(yīng)的控制功能，并通過轉(zhuǎn)換子程序計算得出高精度的溫度值，該溫度值可通過串行接口與PC機實現(xiàn)動態(tài)顯示備現(xiàn)場觀察。

按電路原理圖其制作并已裝配焊接完成的溫度檢測控制電路板。大小只有120mm×105mm。電路板由包括CPU AT89C51、溫度檢測輸入與控制輸出口、復(fù)位和驅(qū)動電路、串行通訊電路、電源濾波電路等組成。在低溫時能對顯示器內(nèi)部關(guān)鍵部位自動進行加熱控制;在溫度超過預(yù)定值后自動開啟風(fēng)扇進行散熱，保證了顯示器在惡劣環(huán)境下的正常使用。

結(jié)束語

綜上所述，溫度檢測控制技術(shù)比采用傳統(tǒng)的加熱方法具有顯著的優(yōu)點，如易于操作，控制精度高，可靠性高，且能實現(xiàn)實時檢測，便于控制。從試驗所提供的測試結(jié)果和精度分析來看，所采用的方案可行，方法正確，顯示效果和測量精度滿足要求。解決了加固顯示器在低溫和高溫工作環(huán)境適應(yīng)性差的問題，實現(xiàn)了對加固顯示器內(nèi)部溫度進行實時準(zhǔn)確的檢測并加以控制。適于在加固顯示器產(chǎn)品中推廣和普及。

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（作者單位：山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第三研究所）