多路溫度采集及監控系統的設計與實(shí)現

3.2 溫度采集測量電路

溫度采集測量部分采用高精度、重復性好、應用廣泛的PT100作為采樣電阻；信號放大部分采用低功耗、低輸入失調電壓、線(xiàn)性好的OP07A；A／D模塊采用8051F350內部的高速率24位A／D轉換器。溫度采集測量電路如圖2所示，圖中PT100是高精度溫度傳感器，Z1是3.6 V穩壓管，起保護作用。

3.3 串行通信電路

串行通信采用壓差傳輸的CAN總線(xiàn)，它具有傳輸距離遠、抑止共模干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，通信速率可達1 Mb／s。CAN總線(xiàn)通信接口集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等。數據段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，可滿(mǎn)足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節不會(huì )占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(cháng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。在整個(gè)溫度測控系統中，采用CAN總線(xiàn)作為數據通信線(xiàn)路，測溫模塊安裝在距離測量點(diǎn)較近地范圍內，這樣，來(lái)自傳感器的接線(xiàn)就比較短，從而減少了干擾。

3.4 功率控制模塊

P10～P15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 系統軟件設計

整個(gè)系統的軟件設計包括兩部分：計算機軟件(上位機)和單片機軟件。其中，計算機軟件主要完成設定溫度、監控系統當前溫度和標定系統。單片機軟件完成A／D采集、串口通信和功率模塊控制。

上位機軟件采用LabWindows／CVI編寫(xiě)，它將功能強大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺和用于數據采集分析和顯示的測控專(zhuān)業(yè)工具有機地結合起來(lái)，利用它的集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了C語(yǔ)言的功能，為建立測試系統、自動(dòng)測試環(huán)境、數據采集系統、過(guò)程監控系統等應用軟件提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境?？梢悦撾xLabwindows／CVI開(kāi)發(fā)環(huán)境運行，用戶(hù)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機通過(guò)RS-232串口線(xiàn)連接。

下位機程序框圖如圖4所示。系統上電后，下位機程序可使單片機不停地采集溫度，當上位機向下位機發(fā)出命令置位采集標志位時(shí)，下位機采集的溫度送到上位機的面板并顯示，再將所采集的溫度數據同預先所設定的溫度值相比較，當采集的溫度小于設定溫度時(shí)，根據采集的溫度值跟設定溫度差值的大小，單片機的P10～P15引腳輸 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通角，從而改變輸出功率。隨著(zhù)采集到的溫度值越來(lái)越接近設定溫度值，單片機輸出的PWM值越來(lái)越大，導通角越來(lái)越小，輸出的功率也相應變小，直到采集的溫度等于設定溫度時(shí)，導通角完全關(guān)斷。同時(shí)下位機也可隨時(shí)響應串口中斷，便于用戶(hù)通過(guò)上位機設置或修改設定溫度和控制范圍。

5 結束語(yǔ)

本系統設計采用高精度溫度傳感器和低輸入失調電壓、線(xiàn)性好的運算放大器組成信號調理電路，同時(shí)采用24位的A／D采集模塊，可使系統測量精度達0.02℃，控制精度達0.5℃，滿(mǎn)足用戶(hù)對溫度控制的要求。采用功能強大的8051F350單片機作為控制核心，減少了系統對外圍器件的需求，簡(jiǎn)化了電路設計，提高了可靠性，同時(shí)也降低了成本。