多路溫度采集及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、應(yīng)用與設(shè)計(jì)1引言溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)試驗(yàn)中普遍且重要的物理參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中,為了高效生產(chǎn),必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的主要參數(shù),如溫度、壓力、流量、速度等進(jìn)行有效控制。其中溫度控制在生產(chǎn)過(guò)程中占有相當(dāng)大的比例。準(zhǔn)確地測(cè)量和有效地控制溫度是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的主要條件。2系統(tǒng)概述整個(gè)溫度控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(上位機(jī)、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)(下位機(jī)、溫度傳感器組、功率加熱系統(tǒng)等部分組成。系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想,組建方式靈活,并可利用多塊單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組合的方法增加測(cè)量點(diǎn),具有良好的擴(kuò)展性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。溫度測(cè)量采用高精度的溫度傳感器PT100獲得物體當(dāng)前溫度,經(jīng)過(guò)低功耗、低輸入失調(diào)電

2、壓、線性好的OP07A 進(jìn)行信號(hào)放大,送至8051F350內(nèi)部高速率24位A/D 轉(zhuǎn)換器,根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的目標(biāo)溫度(由上位機(jī)發(fā)送和控制范圍,通過(guò)6路PWM 控制加熱器的工作狀況,使物體達(dá)到目標(biāo)溫度并且保持恒溫狀態(tài)。同時(shí)可以利用單片機(jī)內(nèi)部的Flash 存多路溫度采集及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)郝迎吉,張明,王洪波(西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,陜西西安710054摘要:介紹一種基于單片機(jī)的多路溫度采集及監(jiān)控系統(tǒng),能夠測(cè)量6路溫度信號(hào),具有計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能,各測(cè)量點(diǎn)可以單獨(dú)監(jiān)控和設(shè)置,可根據(jù)用戶的需求自動(dòng)控制。測(cè)量溫度范圍為-10200,控制方式采用模擬量調(diào)壓模式。該系統(tǒng)具有控制精度高、沖擊小等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:溫

3、度采集;8051F350;CAN 總線;A/D 轉(zhuǎn)換中圖分類(lèi)號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-6977(200706-0021-02Design and realization of multiplex temperature collecting and controlling systemHAO Ying-ji,ZHANG Ming ,WANG Hong-bo(School of Mechanical Engineering,Xi an University of Science and Technlogy,Xi an 710054,ChinaAbstract :A tem

4、perature collecting and surveillance-controlling system based on sing-chip microcom-puter is introduced.It can measure 6channel signal of the temperature,and it has a function of networkconnection.The temperature measure points can be monitored and located,it can be controlled automat-ic according t

5、o user s demand.The temperature range is -10to 200.The model of control is ad-justable voltage with simulation.It features high precision and little impact.Key words :temperature collecting;8051F350;CAN bus;A/D convertion圖1 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖多路溫度采集及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-21-儲(chǔ)器把各通道設(shè)定的溫度、系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)。當(dāng)系統(tǒng)斷電或復(fù)位后,可以繼續(xù)運(yùn)行,增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗

6、干擾性能。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主控電路溫度采集監(jiān)控系統(tǒng)的主控電路采用高性能、功能強(qiáng)大的8051F350。8051F350是由Cygnal 公司推出的完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC,具有CIP-51微控制器內(nèi)核,與MCS51指令集完全兼容; 機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘降為1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期,處理能力大大提高,峰值速度可達(dá)25MI/s ;內(nèi)部集成了構(gòu)成單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能元件(包括PGA 、ADC 、DAC 、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、SMBus/I 2C 、UART 、SPI 、定時(shí)器、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列、內(nèi)部振蕩器、看門(mén)狗定時(shí)器

7、以及電源監(jiān)視器等。3.2溫度采集測(cè)量電路溫度采集測(cè)量部分采用高精度、重復(fù)性好、應(yīng)用廣泛的PT100作為采樣電阻;信號(hào)放大部分采用低功耗、低輸入失調(diào)電壓、線性好的OP07A ;A/D 模塊采用8051F350內(nèi)部的高速率24位A/D 轉(zhuǎn)換器。溫度采集測(cè)量電路如圖2所示,圖中PT100是高精度溫度傳感器,Z1是3.6V 穩(wěn)壓管,起保護(hù)作用。 3.3串行通信電路串行通信采用壓差傳輸?shù)腃AN 總線,它具有傳輸距離遠(yuǎn)、抑止共模干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),通信速率可達(dá)1Mb/s 。CAN 總線通信接口集成了CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)

8、判別等。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié),可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測(cè)試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí),8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過(guò)長(zhǎng),從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN 協(xié)議采用CRC 檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能,保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。在整個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng)中,采用CAN 總線作為數(shù)據(jù)通信線路,測(cè)溫模塊安裝在距離測(cè)量點(diǎn)較近地范圍內(nèi),這樣,來(lái)自傳感器的接線就比較短,從而減少了干擾。3.4功率控制模塊P10P15輸出6路PWM 波,通過(guò)光電隔離和RC 濾波電路控制可控硅模塊的輸入控制電壓,改變可控硅模塊的導(dǎo)通角,從而改變輸出功率。功率控制模塊電路如圖3所示,其中P10,P10分別是一路PMW ,通過(guò)改變

9、它們的高低電平比例來(lái)改變控制電壓K0和K1,從而控制加熱器的功率。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩部分:計(jì)算機(jī)軟件(上位機(jī)和單片機(jī)軟件。其中,計(jì)算機(jī)軟件主要完成設(shè)定溫度、監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前溫度和標(biāo)定系統(tǒng)。單片機(jī)軟件完成A/D 采集、串口通信和功率模塊控制。上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI 編寫(xiě),它將功能強(qiáng)大、使用靈活的C 語(yǔ)言平臺(tái)和用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測(cè)控專(zhuān)業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái),利用它的集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C 語(yǔ)言的功能,為建立測(cè)試系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境?？梢悦撾xLabwin

10、dows/CVI 開(kāi)發(fā)環(huán)境運(yùn)行,用戶最終看見(jiàn)的是和實(shí)際儀器面板相類(lèi)似的操作面板。板卡與PC 機(jī)通過(guò)RS-232串口線連接。下位機(jī)程序框圖如圖4所示。系統(tǒng)上電后,下位機(jī)程序可使單片機(jī)不停地采集溫度,當(dāng)上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)出命令置位采集標(biāo)志位時(shí),下位機(jī)采集的溫度送到上位機(jī)的面板并顯示,再將所采集的溫度數(shù)據(jù)同預(yù)先所設(shè)定的溫度值相比較,當(dāng)采集的溫度小于設(shè)定溫度時(shí),根據(jù)采集的溫度值跟設(shè)定溫度差值的大小,單片機(jī)的P10P15引腳輸(下轉(zhuǎn)第26頁(yè)圖3功率控制模塊電路圖圖2溫度采集測(cè)量電路(上接第22頁(yè)出6路PWM ,通過(guò)光電隔離TLP521-2和RC 濾波電路控制可控硅模塊的輸入控制電壓,改變可控硅模塊的導(dǎo)通角

11、,從而改變輸出功率。隨著采集到的溫度值越來(lái)越接近設(shè)定溫度值,單片機(jī)輸出的PWM 值越來(lái)越大,導(dǎo)通角越來(lái)越小,輸出的功率也相應(yīng)變小,直到采集的溫度等于設(shè)定溫度時(shí),導(dǎo)通角完全關(guān)斷。同時(shí)下位機(jī)也可隨時(shí)響應(yīng)串口中斷,便于用戶通過(guò)上位機(jī)設(shè)置或修改設(shè)定溫度和控制范圍。5結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用高精度溫度傳感器和低輸入失調(diào)電壓、線性好的運(yùn)算放大器組成信號(hào)調(diào)理電路,同時(shí)采用24位的A/D 采集模塊,可使系統(tǒng)測(cè)量精度達(dá)0.02,控制精度達(dá)0.5,滿足用戶對(duì)溫度控制的要求。采用功能強(qiáng)大的8051F350單片機(jī)作為控制核心,減少了系統(tǒng)對(duì)外圍器件的需求,簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì),提高了可靠性,同時(shí)也降低了成本。參考文獻(xiàn):1宋宇峰.

12、LabWindows/CVI 逐步深入與開(kāi)發(fā)實(shí)例M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.2馬忠梅.單片機(jī)C 語(yǔ)言Windows 環(huán)境編程寶典M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.3楊文龍.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1998.4何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.作者簡(jiǎn)介:郝迎吉(1958-,教授,現(xiàn)主要從事單片機(jī)教學(xué)與應(yīng)用技術(shù)研究。收稿日期:2007-02-05咨詢編號(hào):070607 圖4下位機(jī)程序框圖寫(xiě)程序重疊,否則燒寫(xiě)失敗。需要補(bǔ)充的是,經(jīng)hex55.exe 文件轉(zhuǎn)化后的hex 格式的引導(dǎo)表文件是不能直接導(dǎo)入CCS 中的。CCS

13、只支持將特別規(guī)定的DAT 格式文件通過(guò)LOADDATA 導(dǎo)入內(nèi)存,所以在導(dǎo)入之前必須先將引導(dǎo)表轉(zhuǎn)化成DAT 格式文件,這個(gè)工作可以由VC 編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的C 語(yǔ)言轉(zhuǎn)化程序?qū)崿F(xiàn)。4結(jié)束語(yǔ)本文闡述了一種針對(duì)TMS320VC55x 系列DSP簡(jiǎn)單有效的Flash 燒寫(xiě)方法,并提出了程序自舉引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方法,包括大程序二次引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方法。本文討論的引導(dǎo)方法包括硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)程序,已在筆者的實(shí)際開(kāi)發(fā)CMOS 圖像采集項(xiàng)目中使用并成功運(yùn)行。參考文獻(xiàn):1Texas Instruments.TMS320VC55x DSP CPU Ref-erence GuideDB/OL.Ug/spru371f/sprus37f.pdf.2004.2Texas Instruments.Using the TMS320VC5503/VC-5507/VC5509/VC5509A BootloaderDB/OL.3Atmel Corporation.AT49LV102