浅谈温度测控仪的系统设计原理

2016-01-28丰力

大科技 2016年6期

关键词：数码管测控继电器

丰力

（长江大学电子信息学院 434000）

浅谈温度测控仪的系统设计原理

丰力

（长江大学电子信息学院 434000）

工业自动化的发展离不开电子科技技术的支持，温度测控仪就是典型的推动工业自动化发展的电子科技产品，本文重点讨论了工业生产中常见温度测控仪的系统设计原理，包括产品的功能定位、硬件设计和软件设计。

温度测控仪；系统；设计；原理

前言

对温度的精准测控是工业生产中不可忽视的环节，在化工、冶金、医药、航空等领域里，对温度的控制效果直接影响到许多产品的质量及使用寿命，因此，温度控制成为各个领域中的一项关键技术。随着电子科技的发展，温度测控系统得到了较为完善的开发，成为工厂企业应用于生产实际的关键技术。

1 温度测控仪的功能定位

对产品的功能定位是启发设计思路最直接的灵感来源，包括温度测控仪的系统设计。在工厂实际生产中，我们往往需要测控仪起到检测温度、监控温度和超限报警这三大功能，具体的产品表现上，我们需要通过温度传感器采集某工厂部件或设备中的当前温度值，并在LED数码管上显示出测出的温度值，同时，设定键盘给定，通过按键给定要控制的部件或设备中的目标温度，该设定值也可显示在LED数码管上，与测量值轮流显示，然后设计控制电路，对该工厂部件或设备的通断电状态进行自动控制，采用通断控制电路，控制占空比，实现PWM控制算法，使目标设备中的温度稳定在设定值，最后，针对不同工厂部件或设备设置不同的控制参数，比如对某工厂的烧水锅炉，我们可以将控制参数设置在：温度测量范围为30～90℃，测量精度为0.5℃。

对温度测控仪的精确功能定位还能决定系统设计过程中对设计材料和方式的选择，包括硬件构造和软件程序的选择。我们分析市场上最常见的温度测控仪，可以知道它们一般是由单片机电路控制的，搭配温度传感器的使用，完成由主控电路、键盘输入、数码管显示、控制输出和控制对象所共同组成的整体电路系统。对于单片机的选择上，单片机运行的可靠性是单片机系统中的一个重要问题，单片机运行时，若电源电压降低或受到外界的电磁干扰，就会引起程序失控，出现“死机”或其它不正常现象，导致整个系统瘫痪，为此必须要增加复位电路，可以上电自动复位和手动复位，以保证系统的正常运行，至于型号的选择，要依据实际生产标准，在不同公司生产的单片机功能介绍上，都有较为详细的标注。

2 温度测控仪的硬件设计原理探析

目前市场的温度测控仪有一百多种款式，硬件设计在细节上难免有细微不同之处，但就大体总结而言，一般都包括键盘输入、超限报警、温度测试、温度显示和温度控制这几大模块。实现以上几大模块功能的主要硬件设施就是传感器，温度传感器是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定，其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。它的工作原理是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。一般单片机、传感器到数字显示，都是通过三极管控制继电器的通断，最后达到控制电热器的目的，温度未达到要求时，单片机发送高电平信号使三极管饱和导通，继电器使电源与电热器接通，电热器加热。温度慢慢升高，当温度上升到预定温度时，单片机发送低电平信号三极管进入截止状态，继电器的弹片打到另一侧，使电热器与电源断开，电热器停止加热。

值得一提的是，在电子信息领域，硬件系统设计一般由单元组成，比如键盘单元、温度控制及超温单元、超温警报单元、温度测试单元、数码显示单元等，温度测控仪的整体硬件设计就是不同单元之间的独立与连接。

3 温度测控仪的软件设计原理探析

对温度测控仪软件设计原理的探究，需要结合功能定位和模块化设计思路来论述。举例来说，比如一般的温度测控仪都有以下几类程序：键盘扫描电路及按键处理程序、温度信号处理程序、数码管显示程序、继电器控制程序和串口通讯程序，这些不同类别的程序控制不同的功能操作，它们之间既是相互独立又是相互关联的，这时会有一个主程序来对这些不同类别的功能程序进行调配，主程序开始后，系统开始初始化，随着被测控的部件的温度变化，传感器也会出现数据变化，针对不同的数据，会由主程序进行判断，假设现在有两种温度，分别代称为温度“1”和温度“2”，同时也有两种程序代称为程序“F1”和程序“F2”，这四项代称均由按键控制，主程序就负责判断F1、F2程序是否被按下，按下F1进入温度控制点1的程序、按下F2进入温度控制点2的程序。程序控制设置温度的两个数码管闪烁的，此时键盘输入有效，有按键按下的时候进入按键处理程序，按下“确定”按键后，程序进入判断程序和继电器控制程序，继电器动作后，程序回到显示当前程序，并开始循环。当然，程序类别和温度种类肯定都不一定只是两种，具体的程序代码也涉及计算机科学知识，这里只是对整体软件设计的原理作出电子信息领域的解释。