多路智能化溫度巡檢儀設(shè)計(jì)研究

楊帆 許衍彬

【摘 要】本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用多路數(shù)字式溫度傳感器DS18B20和STC90C516RC+單片機(jī)為核心構(gòu)成多路溫度巡檢儀，對(duì)4路溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線智能巡回檢測(cè)，同時(shí)該系統(tǒng)具有告警溫度限值設(shè)定、溫度報(bào)警與數(shù)據(jù)顯示等功能。該儀表的工作原理主要是：四路DS18B20溫度傳感器從不同點(diǎn)測(cè)量實(shí)時(shí)溫度，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量傳送到單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行處理，并與系統(tǒng)設(shè)置好的警戒溫度值進(jìn)行比較，同時(shí)送到液晶顯示屏LCD1602進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于或低于設(shè)置的溫度上下限時(shí)，發(fā)出聲光警報(bào)。本設(shè)計(jì)的軟件部分，主要對(duì)硬件電路各部分的程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，從而通過與硬件系統(tǒng)的結(jié)合完成溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。

【關(guān)鍵詞】DS18B2;溫度設(shè)定報(bào)警;智能溫度巡檢儀

1 引言

目前大多數(shù)作息時(shí)間控制器大多數(shù)是定點(diǎn)打鈴、人工校時(shí)。雖然用人工的方法在一定程度上解決了打鈴時(shí)間段多不好控制的問題，但畢竟人工打鈴的效率不高，操作也不便，造成人力資源的大大浪費(fèi)。單片機(jī)之所以成為自動(dòng)化領(lǐng)域、其他測(cè)控領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的器件，是因?yàn)樗男阅軓?qiáng)、體積小、信用度高、開發(fā)用時(shí)短和成本低等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)在新一代智能控制系統(tǒng)的問世中起到了無比重要的作用。以單片機(jī)等芯片設(shè)計(jì)的學(xué)生作息時(shí)間控制系統(tǒng)不僅能體現(xiàn)節(jié)省人力資料、智能化控制等方面的優(yōu)勢(shì)，而且還能提高學(xué)校的科學(xué)管理水平，節(jié)省開支，做到真正的智能化、效率化。所以，專業(yè)以及業(yè)余電子設(shè)計(jì)人員研究全自動(dòng)窗簾機(jī)的熱門課題便是時(shí)控式全自動(dòng)窗簾機(jī)。按照以上內(nèi)容來說，設(shè)計(jì)這個(gè)方案的材料，我會(huì)選用大部分人都有能力使用的紅外遙控發(fā)射芯片，單片機(jī)和時(shí)鐘芯片。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1硬件總體結(jié)構(gòu)

作為新型電機(jī)的一種┈直流無刷電機(jī)，機(jī)電一體化和它結(jié)合以后，所以具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)激烈、耗時(shí)短、高熱容量和高可靠性等各方面的優(yōu)勢(shì)，而且長(zhǎng)壽命、低噪聲和低成本等方面也是其它的優(yōu)勢(shì)。從現(xiàn)階段來看，隨著不斷地有新材料技術(shù)的出現(xiàn)，直流無刷電機(jī)的發(fā)展也由此可知獲得了良好的契機(jī)。目前無刷電機(jī)的各方面的應(yīng)用已經(jīng)遍布各種各樣的領(lǐng)域，辦公自動(dòng)化和工廠自動(dòng)化等方面就比較的需要小功率直流無刷電機(jī)，例如家用電器或者是外設(shè)復(fù)印機(jī)等等。所以說，無刷電機(jī)目前正在快速地取代傳統(tǒng)電機(jī)的地位。

2.2系統(tǒng)硬件的選擇

選取具備永久磁鐵功能的直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子，因?yàn)闅庀洞磐ㄒ话阍诔Ｖ捣秶鷥?nèi)上下波動(dòng)，由此可知在恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行狀態(tài)能夠發(fā)揮出絕大優(yōu)勢(shì)，當(dāng)處于恒功率運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，雖然直流無刷電機(jī)在進(jìn)行強(qiáng)弱控制環(huán)節(jié)中很難通過轉(zhuǎn)變磁通的方式來改善，但想要得到弱磁控制的好的效果可以嘗試進(jìn)行控制方面技術(shù)的改進(jìn)。稀土永磁材料在產(chǎn)生氣隙磁通方面效果凸顯，最終，檢索轉(zhuǎn)子的半徑的大小得到了有效地改善，一樣也完善了轉(zhuǎn)自的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的質(zhì)量問題，所以，當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到靜態(tài)特性或者高動(dòng)態(tài)響應(yīng)兩大性能狀態(tài)后，交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)在功能上就遠(yuǎn)不及直流無刷電機(jī)。現(xiàn)階段，直流無刷電機(jī)的發(fā)展已遍布全國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域并且不斷的加深，尤其是在家用電器、航空航天等重要領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用與發(fā)展。

2.3顯示模塊的對(duì)比

水溫控制在生產(chǎn)中及生活中都發(fā)揮著重要的作用，如一些現(xiàn)代化車間里，生產(chǎn)特殊要求產(chǎn)品加工需要在一定的溫度下才能進(jìn)行，水產(chǎn)養(yǎng)殖中，也要對(duì)水的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，才能確保達(dá)到最好的效果，在家居生活中，我們同樣離不開水溫的控制，如電熱水器，自動(dòng)飲水機(jī)等，都要用到水溫控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)水溫控制的方法有很多種方法，如單片機(jī)控制，PLC控制，模糊控制等，而其中用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的水溫控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)科學(xué)合理，成本較低，制作過程簡(jiǎn)。

2.4鍵盤的設(shè)計(jì)

編碼式鍵盤除了按鍵之外，還包括了產(chǎn)生鍵碼的硬件電路等。當(dāng)外部機(jī)械操作按下一個(gè)鍵，編碼式鍵盤能此方法的核心為ATC90C51單片機(jī)，溫度采集利用了溫度傳感器DS18B20來操控進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，加熱和制冷全部都是由繼電器來控制的，以便能夠達(dá)到電路既簡(jiǎn)單又可靠的目的。而編程靈活，控制簡(jiǎn)單是單片機(jī)本身就所具有的特點(diǎn)，所以該系統(tǒng)在溫度控制和顯示的方面，能夠很容易的完成。設(shè)計(jì)中，會(huì)涉及到很多算法和控制的精度，都可以通過編寫軟件編程來得以實(shí)現(xiàn)。搭造一個(gè)控制器，讓其對(duì)PID進(jìn)行控制，該控制器，采用運(yùn)放等模擬電路來完成。而對(duì)于水溫的控制，利用這種模擬方式也是可以實(shí)現(xiàn)的。但是對(duì)于附加顯示、溫度設(shè)定等功能，還是要附加許多的電路，這樣就顯得比較麻煩并且不便利。

3 系統(tǒng)的軟件仿真與調(diào)試

3.1溫度顯示

我們之所以能夠以變頻器來設(shè)定，是因?yàn)橐话阕冾l器將不同的頻率輸出設(shè)端子，在使用不同的頻率輸出來管理控制端子。能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的開始和結(jié)尾的管理和輸出頻率的改變網(wǎng)。管理不同電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠確定變頻器輸出快慢的開關(guān)位置。當(dāng)它的頻率或者快慢出現(xiàn)一些固定的數(shù)據(jù)時(shí)是因?yàn)樽冾l器控制端子預(yù)先設(shè)定了輸出頻率，所以無級(jí)平滑調(diào)速異步電機(jī)未能實(shí)現(xiàn)。

3.2報(bào)警控制

直線或角的位移變化會(huì)根據(jù)傳感器動(dòng)作的變化而變化，然后線圈的電感量也會(huì)因此改變。電感傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是固定的，當(dāng)位移輸出量改變，隨之線圈磁路幾何尺寸也會(huì)改變，所以導(dǎo)致其電感量變化的變量是位移輸出量。要是需要與位移輸出量成正比的電流或電壓輸出，那就要把測(cè)量電路與線圈相連，然后激勵(lì)電源工作。

3.3電路仿真設(shè)計(jì)

在此裝置被裝好后，靈敏度可能不準(zhǔn)，可以用螺絲刀對(duì)其更正，檢測(cè)的距離也需要在此時(shí)擁有準(zhǔn)確的數(shù)值。在檢測(cè)的時(shí)候，如果白色共檢出現(xiàn)在了光纖頭的下面，那么動(dòng)作顯示燈就會(huì)變亮，說明該檢測(cè)部分有工件，如果黑色共檢出現(xiàn)在光纖頭下面，那么動(dòng)作顯示燈不會(huì)亮起，說明這個(gè)光線是由光電開關(guān)調(diào)試完成的。

3.4仿真分析

如果想要利用一種開關(guān)來檢測(cè)位置變換，磁控接近開關(guān)最為合適，其是一種非接觸式的檢測(cè)開關(guān)，并且具有不會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象速度較快。磁控接近開關(guān)工作原理如下：在磁性物體在靠近磁控開關(guān)的瞬間使得磁控開關(guān)因?yàn)楸淮呕瘡亩尳狱c(diǎn)連接在一起，最后接通回路。

在本設(shè)計(jì)中采用的是來自上海雙旭電子有限公司的D-C73磁性開關(guān)，并安裝磁性物體固定住在氣缸的活塞桿上，然后在缸筒外表分別安裝磁控開關(guān)，根據(jù)以上操作就可以識(shí)別各是否到極限位置。在實(shí)際操作時(shí)，采用共陰接法，棕色線接PLC輸入端，藍(lán)色線接公共端。制造商把它的不同的規(guī)格和功能發(fā)展的很廣，而它的簡(jiǎn)單易做，更是受歡迎的主要原因。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力穩(wěn)定、行程可以自選是氣缸的優(yōu)點(diǎn)，由于它使用的壓縮空氣交替作用在活塞上完成伸縮運(yùn)動(dòng)，壓縮空氣的有效面積較小在回縮時(shí)所以相比較伸出時(shí)產(chǎn)生的推力來說產(chǎn)生的力較小。

4 結(jié)論

本測(cè)量系統(tǒng)溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。另外本設(shè)計(jì)還可以預(yù)留的單片機(jī)的管腳，通過外接電路擴(kuò)展做到進(jìn)一步的對(duì)溫度現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，包括外接制冷和加熱裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的調(diào)節(jié)。經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的多次調(diào)試仿真和完善，本設(shè)計(jì)基本符合課題下達(dá)前期指導(dǎo)老師任務(wù)書的設(shè)計(jì)要求。

本設(shè)計(jì)從確定初期就以其應(yīng)用性比較強(qiáng)的特點(diǎn)，該設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在倉(cāng)庫、大棚、機(jī)房等場(chǎng)合的溫度采集與控制。創(chuàng)新點(diǎn)是憑借單片機(jī)STC90C516成功設(shè)計(jì)了智能型多路溫度巡檢系統(tǒng)，并且做到了實(shí)時(shí)監(jiān)控，各位置實(shí)時(shí)報(bào)警，并通過Proteus軟件仿真和實(shí)物的調(diào)試驗(yàn)證了方案的可實(shí)施性。

參考文獻(xiàn)

[1]阮瑞雯.基于溫度巡檢儀的PCR儀溫度校準(zhǔn)裝置研究[D].華南理工大學(xué)，2018.

[2]張成輝.實(shí)用型溫濕度巡檢儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].昆明理工大學(xué)，2014.

[3]鎖俊睿.防除冰槳葉加熱及溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京航空航天大學(xué)，2014.