【正文】 ：其中:為傳感器輸出電壓，單位為；測(cè)量溫度值，單位為℃。 常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。設(shè)計(jì)需要采集由溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電壓的信號(hào)，在實(shí)際中溫度的變化頻率不可能是太高的。為電容值，單位為。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合都不需要額外的調(diào)零。而采用的是8位的A/D轉(zhuǎn)換，最大能分辨20mV電壓變化，放大器的放大倍數(shù)為5即可滿中要求。的管腳3輸入溫度傳感器的輸出電壓，用于將電壓進(jìn)行差分放大。設(shè)表達(dá)式（24）中的,即為電壓放大倍數(shù)，為了方便計(jì)算，取，,將和所選擇的電阻阻值代入（24）可得：解得：,電阻用一個(gè)的滑動(dòng)變阻器代替，便于放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)。芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32us，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減小誤差，轉(zhuǎn)換速度快且性能穩(wěn)定性強(qiáng)。在設(shè)計(jì)時(shí)將兩片芯片的引腳CLK、DI和DO分別對(duì)應(yīng)并聯(lián)在一起連接到單片片機(jī)的三個(gè)I/O口上，而兩芯片的片選信號(hào)CS則連接到不同的I/O口上，可以通過(guò)片選端來(lái)選擇要操作的A/D芯片。內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。而當(dāng)RS為1即高電平時(shí)，則發(fā)送的8位數(shù)為需要顯示的內(nèi)容，LCD對(duì)其進(jìn)行顯示。 串口通信電路設(shè)計(jì)采用MAX232芯片進(jìn)行單片與PC之間的電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F電平。與計(jì)算機(jī)接口電路使用RS232 DB9接頭，由于不需要奇偶校驗(yàn)等，因此只需接其中3根線，即發(fā)送、接收和地線。芯片內(nèi)部有電流限制、過(guò)熱保護(hù)以及安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本不會(huì)損壞。圖29 穩(wěn)壓電源電路電源電路原理圖如圖29所示。然后通過(guò)穩(wěn)壓芯片L7812和L7912就可以得到穩(wěn)定的正負(fù)12V電壓，把穩(wěn)壓管輸出的正12V作為L(zhǎng)7805的輸入，L7805就可以輸出穩(wěn)定的正5V電壓。通過(guò)在主程序中調(diào)用相應(yīng)的LCD顯示函數(shù)，最終完成4路溫度值的顯示。將程序設(shè)計(jì)成有兩個(gè)參數(shù)變量和帶返回值的函數(shù)，其中一參數(shù)變量用來(lái)選擇對(duì)那片芯片操作，另一個(gè)參數(shù)變量用來(lái)選擇轉(zhuǎn)換通道，最后的返回值則為A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在主程序中通過(guò)調(diào)用發(fā)送子函數(shù)即可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。下位機(jī)的主程序流程圖如圖31所示。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿之前DI必須保持高電平，表示啟動(dòng)信號(hào)，在第二和第三個(gè)下降沿之前DI輸入的數(shù)據(jù)用于選擇A／Ｄ的轉(zhuǎn)換通道。ADC0832驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖33所示。i++) //循環(huán)8次讀取1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù){ val=val1。 //若輸出為1則與0x01相或} } LCD1602顯示驅(qū)動(dòng)程序LCD顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示時(shí)，先要對(duì)LCD寫(xiě)入初始化控制命令字，初始化成功之后，寫(xiě)入數(shù)據(jù)地址控制命令，再寫(xiě)入數(shù)據(jù)才能把數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。當(dāng)RS為高電平，RW為高電平時(shí)為寫(xiě)數(shù)據(jù)操作，LCD就會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示出來(lái)。 //確定字符顯示的位置函數(shù) Write__or_dat(Value,1)。} } 串口通信程序 串口通信程序主要包括串口的初始化、串口數(shù)據(jù)發(fā)送，其中串口的初始化主要是用于設(shè)置波特率。 //判斷是否發(fā)送完 TI=0。 //發(fā)送單字節(jié)函數(shù) dat++。除此之外，還顯示出模擬的數(shù)控機(jī)床熱變形誤差，當(dāng)采集的溫度值超過(guò)設(shè)計(jì)的溫度上限時(shí)，報(bào)警指示燈就會(huì)閃爍并發(fā)出報(bào)警聲。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口不僅可以顯示溫度隨時(shí)的變化曲線，以及用強(qiáng)度圖表中用顏色淺深來(lái)表示溫度大小。另外還要實(shí)現(xiàn)報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和相關(guān)數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)定等功能。圖44 VISA串口數(shù)據(jù)讀取如圖44所示為串口緩沖區(qū)讀取節(jié)點(diǎn)，通過(guò)該節(jié)點(diǎn)可以讀取下位機(jī)發(fā)送到串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)。其部分程序設(shè)計(jì)如圖46所示。將讀取的字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，再對(duì)數(shù)組里的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析，得出想要的數(shù)據(jù)。在子VI中設(shè)計(jì)兩個(gè)輸入?yún)?shù)變量，其中一個(gè)參數(shù)變量是數(shù)組，另一個(gè)參數(shù)變量是數(shù)組的長(zhǎng)度，在程序中對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析。圖48 數(shù)據(jù)處理子VI各通道數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理之后，就可以將數(shù)據(jù)輸出到人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示，用波形；用波形圖表用來(lái)顯示實(shí)時(shí)溫度變化曲線，用強(qiáng)度圖表中顏色的淺深來(lái)表示溫度的高低，同時(shí)在人機(jī)交互界面上顯示出各通道的溫度數(shù)值和熱變形誤差。如需在一次更新中向每條曲線傳送多個(gè)點(diǎn)，可將一個(gè)數(shù)值簇?cái)?shù)組連接到波形圖表，每個(gè)數(shù)值代表各條曲線的單個(gè)y值點(diǎn)。在強(qiáng)度圖表上繪制一個(gè)數(shù)據(jù)塊以后，笛卡爾平面的原點(diǎn)將移動(dòng)到最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊的右邊。寫(xiě)入文本文件節(jié)點(diǎn)如圖410所示，將文件路徑設(shè)計(jì)為選擇路徑輸入，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)可圖410 寫(xiě)入文本文件節(jié)點(diǎn)以在人機(jī)交互界面上選擇數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的路徑。圖412 讀取歷史數(shù)據(jù)顯示程序 采集速率和溫度報(bào)警 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，數(shù)據(jù)采集過(guò)快或者過(guò)慢都不方便對(duì)的數(shù)據(jù)的觀察和分析，在程序設(shè)計(jì)中可以讓用戶可以在人機(jī)交互界面上設(shè)定想要的采集速率；其次就在不同的場(chǎng)合，溫度最高上限也不一樣，同樣在設(shè)計(jì)中出應(yīng)該考慮到用戶可以設(shè)定不同的溫度報(bào)警上限值。圖413 溫度報(bào)警程序5 原理圖電路仿真 為了更進(jìn)一步確保本方案設(shè)計(jì)的可以行，在進(jìn)行硬件電路實(shí)物的制作之前，先通過(guò)使用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行軟件仿真。在上圖的仿真原理圖中只實(shí)現(xiàn)了溫度傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LCD1602顯示電路的仿真，而串口通信并未實(shí)現(xiàn)仿真。設(shè)置好串口調(diào)試助手之后，運(yùn)行仿真程序，點(diǎn)擊串口調(diào)試助手中打開(kāi)串口按鈕，若可以進(jìn)行正常的串口通信，接收窗口將會(huì)顯示單片機(jī)發(fā)送來(lái)數(shù)據(jù)。圖54 串口數(shù)據(jù)接收仿真6 實(shí)物的組裝調(diào)試及軟件驗(yàn)證 實(shí)物的制作流程 下面分步驟介紹實(shí)物的制作流程：（1）使用DXP 2004 SP2軟件繪制出電路的原理圖，然后生成PCB圖，由于此次硬件放大電路需要用到較多的元器件，因此為了方便布線，選擇使用雙面板布線。在把打印的PCB圖印到電路板之前，先要把銅板用砂紙擦干凈，以免有雜質(zhì)影響電路圖的印制；然后通過(guò)熨斗將油印好的PCB燙到覆銅板上,在用熨斗燙覆銅板時(shí)要仔細(xì)，并且毎個(gè)地方都要燙到，直到看到清晰的電路輪廓。（4）將腐蝕好的電路板進(jìn)行打孔，在進(jìn)行打孔時(shí)要注意適當(dāng)?shù)倪x擇鉆針的大小，不同的元件可能需要的插孔不一定相同。焊接元件時(shí)要將電路板與PCB對(duì)照著，注意元件的封裝是否與實(shí)物相對(duì)應(yīng)，防止焊接錯(cuò)；在焊接電阻時(shí)，需要用萬(wàn)用表測(cè)出阻值的大小，確保阻值的大小是對(duì)的；電路板焊接好之后，要仔細(xì)檢察電路板是否有短路、斷路、虛焊等，確保電路連接的正確性.（6）電路板檢察無(wú)誤之后，接下來(lái)就是電路板的調(diào)試，通過(guò)將編譯好的程序下載到單片機(jī)，進(jìn)行驗(yàn)證硬件和軟件的正確與否。然后接通過(guò)電源，用萬(wàn)用表測(cè)量測(cè)量各輸出電壓端的輸出電壓是否正確。然后檢察電路圖和PCB圖是否有誤，將電路檢察并確保無(wú)誤后。分別用萬(wàn)用表測(cè)量各通道溫度傳感器的輸出電壓和經(jīng)過(guò)放大后的輸出電壓，計(jì)算出是否為預(yù)期的放大倍數(shù)，如果有偏差可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻來(lái)調(diào)整電壓放大倍數(shù)。若用手緊握傳感器時(shí)A/D采集到的電壓增大，松手時(shí)A/D采集到的電壓減小，說(shuō)明A/D可以采集到數(shù)據(jù)。在串口通信測(cè)試中使用一根串口轉(zhuǎn)USB線來(lái)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的串口通信。將已測(cè)試好的串口發(fā)送程序燒寫(xiě)到單片機(jī)，接通過(guò)電源。 下位機(jī)與上位機(jī)整體功能測(cè)試測(cè)試整個(gè)設(shè)計(jì)是否能正常工作。上位就是根據(jù)下機(jī)位的數(shù)據(jù)幀發(fā)送格式進(jìn)行獲取4路A/D轉(zhuǎn)換值的。由于條件有限，不能獲得比環(huán)境溫度更低的溫度，在進(jìn)行溫度傳感器標(biāo)定時(shí)按下面的方法來(lái)完成。表61 通道1溫度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù)第一組數(shù)據(jù)第二組數(shù)據(jù)第三組數(shù)據(jù)傳感器電壓/V標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃第一組數(shù)據(jù):平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第二組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第三組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出：平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃表62 通道2度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù)第一組數(shù)據(jù)第二組數(shù)據(jù)第三組數(shù)據(jù)傳感器電壓/V標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃第一組數(shù)據(jù):平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第二組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第三組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出：平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃表63 通道3度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù)第一組數(shù)據(jù)第二組數(shù)據(jù)第三組數(shù)據(jù)傳感器電壓/V標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃第一組數(shù)據(jù):平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第二組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第三組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出：平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃表64 通道4度傳感器標(biāo)定測(cè)量數(shù)據(jù)第一組數(shù)據(jù)第二組數(shù)據(jù)第三組數(shù)據(jù)傳感器電壓/V標(biāo)準(zhǔn)溫度/℃第一組數(shù)據(jù):平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第二組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出: 平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃第三組數(shù)據(jù)：平均電壓輸出：平均標(biāo)準(zhǔn)溫度：℃根據(jù)表6表6表6表64計(jì)算出的各通道溫度傳感器平均輸出電壓和對(duì)應(yīng)的平均標(biāo)準(zhǔn)溫度繪制出TC1047溫度傳感器的實(shí)際輸出電壓與溫度的關(guān)系如圖61所示。為了使測(cè)量的溫度更加準(zhǔn)確，將各通道溫度傳感器電壓溫度變化趨勢(shì)直線的斜率和y軸的截距分別相加再作平均值作為的實(shí)際直線斜率和截距。 數(shù)據(jù)的測(cè)量對(duì)溫度傳感器進(jìn)行標(biāo)定之后就可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。在界面左上角窗口顯示的是各通道溫度實(shí)時(shí)強(qiáng)度圖，圖中可以看出當(dāng)通道1的溫度升高時(shí)，強(qiáng)度圖表中通道1的顏色也會(huì)隨之變淡，說(shuō)明溫度在升高，而顏色加深時(shí)，說(shuō)明溫度在降低。圖64 溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面顯示的是動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，為了方便數(shù)據(jù)的觀察，歷史數(shù)據(jù)顯示界面可以讀取存儲(chǔ)文件里的數(shù)據(jù)并數(shù)據(jù)出來(lái)，方便數(shù)據(jù)的分析。在室溫度下將4路溫度傳感器與作為標(biāo)準(zhǔn)電壓測(cè)量的DS18B20緊挨著放在一起，分別記錄4路溫度值和DS18B20的讀數(shù)。而在實(shí)際中放大電路的放大倍數(shù)在進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量時(shí)本身就有一定的誤差，導(dǎo)致最終的溫度數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。軟件計(jì)算誤差。主要分下面幾個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)述調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決的方法。而在這塊硬件的調(diào)試過(guò)程中，采用先部分調(diào)試，再整體調(diào)試的分法，在確保每個(gè)部分都可以正常工作了，再進(jìn)行將各部分整合起來(lái)一起調(diào)試。在這個(gè)過(guò)程中都會(huì)遇到很的困難，需要通過(guò)自己尋找資料來(lái)解決。最后，設(shè)計(jì)的優(yōu)化調(diào)試。7 結(jié)論 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)是數(shù)控機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)多點(diǎn)溫度采集與實(shí)現(xiàn)，從原理上實(shí)現(xiàn)了使用溫度度傳感器TC1047進(jìn)行四路溫度采集，設(shè)計(jì)中使用了RC濾波電路、OP07組建的差分放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，并通過(guò)單片機(jī)串口與用LABVIEW編寫(xiě)的上位機(jī)進(jìn)行通信。可以通過(guò)波形圖表來(lái)觀察溫度隨時(shí)間的變化曲線，同時(shí)也可以通過(guò)強(qiáng)度圖表中顏色的淺深來(lái)判斷各路溫度的變化以及其溫度的大小。首先，增加了下位機(jī)四路溫度的實(shí)時(shí)顯示，在沒(méi)有上位機(jī)的情況下也能對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量。使用適當(dāng)?shù)臒嵴`差補(bǔ)償策略，可以充分有效提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，達(dá)到了采用熱誤差補(bǔ)償避免技術(shù)難于獲得的效果。首先，要感謝學(xué)校在大學(xué)四年來(lái)提供了一個(gè)這樣良好的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，能安心快樂(lè)地學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。黃教授淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，積極進(jìn)取的科研精神以及誨人不倦的師者風(fēng)范是畢業(yè)生學(xué)習(xí)的楷模。學(xué)習(xí)中我們相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步，遇到困難時(shí)，有同學(xué)們熱心的幫助，通過(guò)一起討論和研究，最終找到了問(wèn)題的解決方法。 Manufacture, 39 (1999) 1367–1381.[16] Wu Hao, Zhang Hongtao, Guo Qianjian, Wang Xiushan, Yang Jianguo. Thermal error optimization modeling and realtime pensation on a CNC turning center[J].journal of materials processing technology 207(2008) 172–179.附錄一 電路設(shè)計(jì)原理圖附錄二 電路設(shè)計(jì)PCB圖附錄三 電路設(shè)計(jì)實(shí)物圖附錄四 上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集界面圖附錄五 上位機(jī)歷史數(shù)據(jù)讀取界面圖