基于MCS51單片機的工業(yè)屏柜散熱設計

　　0 引言

　　電子電氣元件， 尤其是大規模集成電路因發(fā)熱而產(chǎn)生的問(wèn)題一直難于解決。而工業(yè)屏柜作為一種集成有多種電子設備的工業(yè)產(chǎn)品， 其溫度的升高常常導致其內部的微電子元件(如PN節) 發(fā)生溫度漂移而使得各種參數發(fā)生改變， 從而導致程序運行混亂而失去其原有的功能， 或與其原有的功能偏差過(guò)大而導致故障。在工業(yè)控制設備的計數系統、繼電保護系統、數控液晶顯示模塊、溫度控制單元的模塊、各類(lèi)傳感器、變頻器中的IGBT模塊和數控及報警顯示等設備中， 都會(huì )存在因過(guò)熱而導致的設備過(guò)熱報警或故障。

　　針對此問(wèn)題， 可以為工業(yè)屏柜車(chē)設計散熱節能方案， 以對工業(yè)屏溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控， 使其能夠及時(shí)作出響應并進(jìn)行散熱， 而在沒(méi)有過(guò)熱的狀態(tài)下僅處于監控狀態(tài)， 這樣就可達到散熱和節能的雙重目的。

　　1 系統功能特點(diǎn)

　　工業(yè)屏柜長(cháng)時(shí)間運行時(shí)， 特別是環(huán)境溫度較高的氣候條件下運行時(shí)， 可能會(huì )因過(guò)熱而停機，造成無(wú)法正常運行， 進(jìn)而造成嚴重的生產(chǎn)損失。

　　因此， 本文引入了一種單片機實(shí)時(shí)溫度測控方案。該方案可對工業(yè)屏的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測， 一旦發(fā)生過(guò)熱， 馬上對其采用適當的降溫散熱措施， 使其溫度被控制在規定的安全范圍之內， 從而保證其正常運行。

　　圖1所示是該工業(yè)屏散熱系統的結構框圖。

　　工業(yè)屏柜散熱系統結構框圖

　　圖1 工業(yè)屏柜散熱系統結構框圖。

　　2 系統硬件設計

　　本方案中采用的散熱系統是由熱電偶溫度傳感器來(lái)負責采集工業(yè)屏柜的溫度信號， 然后通過(guò)電路中的信號器對采集到的溫度信號進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)A/D轉換器進(jìn)行轉換， 最后輸入到MCS-51系列的8031單片機中對信號進(jìn)行處理。處理后的結果主要有兩方面用途， 其一是要將溫度數值傳送到LED數碼顯示管中進(jìn)行顯示; 另一方面是根據要求將溫度數值與安全界限溫度進(jìn)行對比： 若其溫度高于安全界限溫度， 單片機則會(huì )發(fā)出指令以開(kāi)啟散熱風(fēng)扇對工業(yè)屏柜進(jìn)行降溫; 當溫度低于安全界限溫度時(shí)， 單片機則會(huì )發(fā)出指令立即關(guān)閉散熱風(fēng)扇。這樣， 既可保證工業(yè)屏溫度處于安全狀態(tài)的， 同時(shí)又非常節能， 而且也大大降低了系統能耗。

　　2.1 溫度測量電路

　　本系統采用的熱電偶溫度傳感器是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一， 由于該溫度檢測元器具有測量精度高、測量范圍廣、結構簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)， 所以， 本系統以熱電偶溫度傳感器來(lái)監測工業(yè)屏柜的溫度變化。其工作原理是在確定電極材料之后， 將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來(lái)， 以構成一個(gè)閉合回路。這樣，當導體A和B之間存在溫差時(shí)， 兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢， 從而在回路中形成一個(gè)具有一定大小的電流， 這種現象稱(chēng)為熱電效應。由熱電效應產(chǎn)生的電動(dòng)勢只與工作端溫度成單值函數關(guān)系， 結合這一關(guān)系， 本文設計了一種熱電偶溫度測量的方案。其原理圖如圖2所示。

　　熱電偶溫度測量電路

　　圖2 熱電偶溫度測量電路。