摘要： 從單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手， 采用MCS-51芯片并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換來(lái)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，然后經(jīng)過(guò)一系列軟硬件設(shè)計(jì)， 給出了對(duì)溫度進(jìn)行控制的實(shí)現(xiàn)方法， 同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的散熱過(guò)程進(jìn)行了分析。

0 引言

電子電氣元件， 尤其是大規(guī)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(shè)備的工業(yè)產(chǎn)品， 其溫度的升高常常導(dǎo)致其內(nèi)部的微電子元件(如PN節(jié)) 發(fā)生溫度漂移而使得各種參數(shù)發(fā)生改變， 從而導(dǎo)致程序運(yùn)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(dǎo)致故障。在工業(yè)控制設(shè)備的計(jì)數(shù)系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、數(shù)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(shù)控及報(bào)警顯示等設(shè)備中， 都會(huì)存在因過(guò)熱而導(dǎo)致的設(shè)備過(guò)熱報(bào)警或故障。

針對(duì)此問(wèn)題， 可以為工業(yè)屏柜車(chē)設(shè)計(jì)散熱節(jié)能方案， 以對(duì)工業(yè)屏溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控， 使其能夠及時(shí)作出響應(yīng)并進(jìn)行散熱， 而在沒(méi)有過(guò)熱的狀態(tài)下僅處于監(jiān)控狀態(tài)， 這樣就可達(dá)到散熱和節(jié)能的雙重目的。

1 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

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

因此， 本文引入了一種單片機(jī)實(shí)時(shí)溫度測(cè)控方案。該方案可對(duì)工業(yè)屏的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 一旦發(fā)生過(guò)熱， 馬上對(duì)其采用適當(dāng)?shù)慕禍厣岽胧?使其溫度被控制在規(guī)定的安全范圍之內(nèi)， 從而保證其正常運(yùn)行。

圖1所示是該工業(yè)屏散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

工業(yè)屏柜散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1 工業(yè)屏柜散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本方案中采用的散熱系統(tǒng)是由熱電偶溫度傳感器來(lái)負(fù)責(zé)采集工業(yè)屏柜的溫度信號(hào)， 然后通過(guò)電路中的信號(hào)器對(duì)采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 最后輸入到MCS-51系列的8031單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。處理后的結(jié)果主要有兩方面用途， 其一是要將溫度數(shù)值傳送到LED數(shù)碼顯示管中進(jìn)行顯示； 另一方面是根據(jù)要求將溫度數(shù)值與安全界限溫度進(jìn)行對(duì)比： 若其溫度高于安全界限溫度， 單片機(jī)則會(huì)發(fā)出指令以開(kāi)啟散熱風(fēng)扇對(duì)工業(yè)屏柜進(jìn)行降溫； 當(dāng)溫度低于安全界限溫度時(shí)， 單片機(jī)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(jié)能， 而且也大大降低了系統(tǒng)能耗。[!--empirenews.page--]

2.1 溫度測(cè)量電路

本系統(tǒng)采用的熱電偶溫度傳感器是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一， 由于該溫度檢測(cè)元器具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)， 所以， 本系統(tǒng)以熱電偶溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)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(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)， 以構(gòu)成一個(gè)閉合回路。這樣，當(dāng)導(dǎo)體A和B之間存在溫差時(shí)， 兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)， 從而在回路中形成一個(gè)具有一定大小的電流， 這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。由熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)只與工作端溫度成單值函數(shù)關(guān)系， 結(jié)合這一關(guān)系， 本文設(shè)計(jì)了一種熱電偶溫度測(cè)量的方案。其原理圖如圖2所示。

熱電偶溫度測(cè)量電路

圖2 熱電偶溫度測(cè)量電路。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

本設(shè)計(jì)采用8位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0804來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入芯片進(jìn)行處理， 最終將溫度數(shù)值傳送至顯示屏進(jìn)行顯示，其原理電路如圖3所示。

A/D轉(zhuǎn)換電路

圖3 A/D轉(zhuǎn)換電路。
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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)從模塊化軟件設(shè)計(jì)理論出發(fā)， 將軟件系統(tǒng)分成了幾個(gè)子模塊， 這樣可以增強(qiáng)各個(gè)模塊的可操作性， 便于進(jìn)行改進(jìn)和維護(hù)， 同時(shí)調(diào)用調(diào)試起來(lái)也比較容易。本系統(tǒng)軟件主要分為三個(gè)模塊， 包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、溫度顯示， 圖4所示是其軟件設(shè)計(jì)框圖。

軟件設(shè)計(jì)框圖

圖4 軟件設(shè)計(jì)框圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種用單片機(jī)結(jié)合熱電偶溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)屏柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的散熱方案和實(shí)現(xiàn)方法。該方法在實(shí)際操作過(guò)程中具有較高的測(cè)量精度， 而且實(shí)用性強(qiáng)， 同時(shí)節(jié)能減排效果也比較明顯。此外， 本控制系統(tǒng)可以通過(guò)改進(jìn)應(yīng)用到多種需要進(jìn)行散熱的電器及多種工業(yè)設(shè)備之中。