【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 白金作成的電阻式溫度檢測(cè)器,又稱為PT100。 (1)Vo=100(1+)=+T/1000。 (2)量測(cè)Vo時(shí),不可分出任何電流,否則量測(cè)值會(huì)不準(zhǔn)。電路分析由于一般電源供應(yīng)較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件,靠5K可變電阻的調(diào)整可決定電晶體的射(集極)極電流,+T/1000。其后的非反向放大器,輸入電阻幾乎無(wú)限大,同時(shí)又放大10倍,+T/100。,。其后差動(dòng)放大器之輸出為Vo=10(V2V1)=10(+T/)=T/10,如果現(xiàn)在室溫為25℃,。[9] 工作原理: 傳感器的接入非常簡(jiǎn)單,從系統(tǒng)的 5V 供電端僅僅通過(guò)一支 3K92 的電阻就連接到 PT100 了，這種接法通常會(huì)引起嚴(yán)重的非線性問(wèn)題,但是，由于有了單片機(jī)的軟件校正作為后盾,因此就簡(jiǎn)化了傳感器的接入方式。 溫度檢測(cè)部分 （1）變壓器各相溫度檢測(cè)電路 本設(shè)計(jì)需對(duì)四路電路進(jìn)行檢測(cè)：A相、B相、C相和環(huán)境溫度。A、B、C相的檢測(cè)電路如圖27所示。圖27 溫度檢測(cè)電路 途中虛線部分是信號(hào)調(diào)理電路，其中W7為調(diào)零電阻 ，W8為調(diào)滿量程電阻，R53為精密電阻，OP07運(yùn)算放大器是TTL雙極低噪聲，低功耗精密運(yùn)算放大器，具有精度高、漂移率低等特點(diǎn)，其放大倍數(shù)為R+(R+W)/W。根據(jù)PT100所測(cè)得的溫度為0176。C時(shí)，其熱電阻阻值為100，當(dāng)溫度傳感器PT100測(cè)得溫度為 200176。C 時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器W，使OP07的輸出為+5V。傳感器是把物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，溫度傳感器PT100是把溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚档母淖?。通過(guò)集成運(yùn)算放大器輸出相應(yīng)的電壓值，但是由于電壓的傳送消耗很大，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，大大降低了傳輸效率，而電流對(duì)外接干擾不敏感，因此通常情況下，運(yùn)用變送器把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為420mA的電流信號(hào)進(jìn)行傳輸。有很好的抗干擾能力。所以，當(dāng)所測(cè)溫度為0176。C使，OP07的輸出端為0，調(diào)節(jié) W使得流過(guò)R72的電流為4mA，當(dāng)所測(cè)溫度為200176。C時(shí)，OP07的輸出為+5V，流過(guò)R72的電流為20mA。（2）環(huán)境溫度檢測(cè) 圖28環(huán)境溫度檢測(cè)電路 鍵盤(pán)，數(shù)碼顯示管等以及指示燈是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換的主要器件。 鍵盤(pán)及顯示部分是人機(jī)交換對(duì)話的基本部件。為簡(jiǎn)化操作，降低成本，這里采用極其簡(jiǎn)單的輕觸式來(lái)完成各項(xiàng)功能查詢、切換以及設(shè)定。鍵盤(pán)操作由于鍵數(shù)較少，所以采用獨(dú)立式按鍵，用了3個(gè)輕觸式按鍵分別占有 I/、 、減少以及顯示狀態(tài)的切換，這樣使得鍵盤(pán)操作電路簡(jiǎn)單。顯示部分采用了5個(gè)共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管TOE1106BH完成，其顯示清晰，成本低廉且與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單。電路采用了一個(gè)串入并出的ZLG7289A寄存器。[11] 顯示驅(qū)動(dòng)器ZLG7289A是具有串行接口，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(或64只獨(dú)立LED)的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤(pán)矩陣，單片機(jī)即可完成LED顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能。 圖29 ZLG7289A引腳 ZLG7289A具有片選信號(hào)，可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤(pán)接口，其技術(shù)特點(diǎn)為：(1)串行接口，無(wú)需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED；(2)各位獨(dú)立控制譯碼/不譯碼及消隱和閃爍屬性；(3)(循環(huán))左移/(循環(huán))右移指令；(4)具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立LED；(5)64鍵鍵盤(pán)控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路。 以ZLG7289A為核心的人機(jī)接口電路只需一片智能芯片很好地完成了數(shù)字顯示和鍵盤(pán)控制功能，電路簡(jiǎn)單，功能完備，結(jié)果了然。應(yīng)用這一電路實(shí)現(xiàn)了精密低頻信號(hào)發(fā)生器的人機(jī)對(duì)話，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。[12] （1）風(fēng)機(jī)溫度控制及風(fēng)機(jī)斷線檢測(cè)電路 風(fēng)機(jī)控制按不同的接法可分別控制380V和220V的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)接線如圖210所示。接380V風(fēng)機(jī)，當(dāng)不開(kāi)風(fēng)機(jī)時(shí)，8接線端（接220V風(fēng)機(jī)時(shí)為6接線端）電壓為零；當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，8接線端有AC380電壓輸出（接220V風(fēng)機(jī)時(shí)，6有AC220電壓輸出），Pt100溫度傳感器通過(guò)15針的插座（DB15）將傳感器測(cè)得信號(hào)經(jīng)過(guò)處理送到溫控箱內(nèi)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)分析、處理來(lái)控制風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)。[13] 當(dāng)TmaxT2時(shí)，即三相溫度至少有一相高于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度T2，P00端輸入為“0”，光電隔離有電流輸出，觸電動(dòng)作，風(fēng)機(jī)工作，同時(shí)啟動(dòng)降溫。同理，當(dāng)TmaxT1時(shí)，即三相溫度均低于風(fēng)機(jī)停溫度T1，風(fēng)機(jī)停止工作 。圖210風(fēng)機(jī)接線 風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，TR1次級(jí)有感應(yīng)電流，光耦合器IC2A的發(fā)光二級(jí)光發(fā)光，則三級(jí)管導(dǎo)通，P37口輸出高電平，不發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)；風(fēng)機(jī)斷線時(shí)，則反之。圖211 風(fēng)機(jī)溫度控制電路（2）超溫、跳閘、故障控制電路該部分是溫控器的重要組成部分，用以對(duì)異常情況及時(shí)動(dòng)作，充分對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)。溫控器有3個(gè)常開(kāi)式繼電器，分別接上超溫、故障和跳閘信號(hào)，如圖212所示。當(dāng)某相有信號(hào)時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。為了引起操作人員對(duì)異常信號(hào)的注意，由S8050三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，主要來(lái)用對(duì)超溫、跳閘和傳感器故障進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)控制面板上相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，對(duì)異常情況區(qū)別。超溫、跳閘、故障控制電路如圖212所示。圖212 跳閘控制電路 電源部分 電源在智能儀器中具有特殊的地位，一方面它為系統(tǒng)提供正常工作所需要的電能；另一方面，它是各種電磁干擾傳輸?shù)闹匾ǖ馈榱送怀鲭娫吹闹匾?，把電源作為智能溫度控制器的一個(gè)子系統(tǒng)。在整個(gè)溫控器有幾個(gè)不同等級(jí)的電壓，它們分別是首先對(duì)輸入的220V進(jìn)行整流，再通過(guò)電容濾波和7912和7812等穩(wěn)壓器得到主板上各個(gè)芯片所需的直流電壓。在整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)中考慮到干擾的存在，采用了一系列的保護(hù)措施，如光電隔離。對(duì)于AT89C51采用X25045（可編程看門(mén)狗電壓監(jiān)控及EEPROM），X25045把常用的看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和EEPROM組合在一個(gè)單個(gè)的封裝之內(nèi)，看門(mén)狗定時(shí)器對(duì)微控器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。電源電路如圖213所示。 圖213電源電路第3章軟件的設(shè)計(jì) 軟件上，在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)多種功能，并保證控制精度，軟件設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)功能占CPU時(shí)間的分配上做到有主有次，既要保證完整性，又要保證實(shí)時(shí)性。溫度控制器在軟件上采用C51開(kāi)發(fā)，用模塊化結(jié)構(gòu)。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的設(shè)置。標(biāo)志位設(shè)置，接著是主程序，首先是主要初始化工作，如中斷優(yōu)先級(jí)，定時(shí)器設(shè)置及串行口中斷設(shè)置等，其他的所有功能都是在中斷服務(wù)程序中完成。通過(guò)X25045讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。風(fēng)機(jī)控制程序、三相溫度查詢、鍵值響應(yīng)、溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼、顯示等一系列的子程序，分別完成查詢顯示、設(shè)置和控溫等功能。其軟件設(shè)計(jì)如圖31。 圖31 軟件設(shè)計(jì) 電阻溫度計(jì)軟件由主程序和中斷服務(wù)程序組成，主程序完成定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、EEPROM、顯示控制驅(qū)動(dòng)器PS7219等的初始化，鍵盤(pán)操作管理，數(shù)據(jù)采集處理，控制輸出及顯示。中斷服務(wù)程序主要處理突然停電時(shí)的數(shù)據(jù)保留，如三相溫度及相位。 基本功能 (1)巡回/最高轉(zhuǎn)換功能 巡回測(cè)量:依次巡回測(cè)量并顯示A,B,C三相溫度。最高相溫度測(cè)量:巡回測(cè)量A,B,C三相溫度并顯示其中最高相溫度。開(kāi)機(jī)時(shí)本鍵處于巡回狀態(tài)。(2)黑匣子功能 在遇突然斷電時(shí)能自動(dòng)保留斷電前的三相溫度和相位。 (3)數(shù)據(jù)保留與處理功能 可自動(dòng)保留歷史最高溫度數(shù)據(jù)(斷電后不丟失),可清除歷史最高溫度?？煞奖愕匦薷谋Ａ魷囟瓤刂圃O(shè)定值（滿足T4＞T3＞T2＞T1。其中，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度T2=100℃，可調(diào)范圍177。20℃；風(fēng)機(jī)停止溫度T1=80℃，可調(diào)范圍177。20℃；超溫報(bào)警溫度T3=130℃，可調(diào)范圍177。20℃；超溫跳閘溫度T4=150℃，可調(diào)范圍177。20℃）。 (4)故障檢測(cè)功能 傳感器若出現(xiàn)開(kāi)路或短路,能自動(dòng)報(bào)警(故障接點(diǎn)吸合)并顯示。 (5) “風(fēng)機(jī)”自動(dòng)啟停功能 當(dāng)所測(cè)量溫度高于設(shè)定溫度T2時(shí),“風(fēng)機(jī)”自動(dòng)啟動(dòng),“風(fēng)機(jī)”啟動(dòng)指示燈亮；三相測(cè)量溫度低于T1時(shí),“風(fēng)機(jī)”自動(dòng)停止,“風(fēng)機(jī)”啟動(dòng)指示燈滅。(6) 超溫報(bào)警功能 當(dāng)所測(cè)量溫度高于設(shè)定溫度T3時(shí),超溫接點(diǎn)自動(dòng)吸合,超溫指示燈亮,蜂鳴器發(fā)間斷音報(bào)警?！鏁r(shí),超溫接點(diǎn)斷開(kāi),超溫指示燈滅,蜂鳴器終止發(fā)聲報(bào)警。(7)超溫跳閘報(bào)警功能 當(dāng)所測(cè)量溫度高于設(shè)定溫度T4時(shí),跳閘接點(diǎn)自動(dòng)吸合,跳閘指示燈亮,蜂鳴器發(fā)長(zhǎng)音報(bào)警。℃時(shí),跳閘接點(diǎn)斷開(kāi),跳閘指示燈滅,蜂鳴器終止長(zhǎng)音報(bào)警。 (8)警示回歸 當(dāng)溫控器超溫或跳閘蜂鳴器報(bào)警后,按一下本鍵,報(bào)警聲停止1h左右,再按一次,則恢復(fù)報(bào)警。(9)安全報(bào)警 溫控器接受外接長(zhǎng)開(kāi)接點(diǎn)輸入,若該接點(diǎn)閉合(配電室門(mén)開(kāi)啟時(shí)),蜂鳴器發(fā)長(zhǎng)音報(bào)警。 (10) 自檢功能 溫控器能自檢除跳閘以外的所有輸出功能。 開(kāi)機(jī)后首先進(jìn)行初始化操作，從EEPROM中調(diào)出TTTT1的溫度值，如有鍵盤(pán)按下，則先執(zhí)行相應(yīng)的鍵盤(pán)處理程序，此后同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器，單片機(jī)對(duì)CD4052的通道進(jìn)行選擇就可得到相應(yīng)的計(jì)數(shù)值，對(duì)于每一個(gè)通道進(jìn)行3次采樣取中間值，直至得到所有要求的溫度計(jì)數(shù)值，然后對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的換算處理，根據(jù)儀器的要求輸出相應(yīng)的控制信號(hào)控制各繼電器的狀態(tài)。在程序設(shè)計(jì)中，為了防止跳閘操作的誤動(dòng)作，考慮到溫度的變化是個(gè)緩慢過(guò)程，溫度上升時(shí)必先到達(dá)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度T2，然后到達(dá)超溫報(bào)警T3，最后到達(dá)超溫跳閘溫度T4，在輸出超溫跳閘控制信號(hào)前檢驗(yàn)風(fēng)機(jī)和超溫報(bào)警繼電器的狀態(tài)。同時(shí)在硬件電路中，用與門(mén)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)控制信號(hào)、超溫報(bào)警控制信號(hào)和單片機(jī)輸出的超溫跳閘控制信號(hào)相與作為真正的超溫跳閘制信號(hào)控制繼電器。 該模塊主要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括對(duì)CPU本身，顯示顯板、通訊及開(kāi)關(guān)量輸出進(jìn)行初始化，將存在X25045的EEPROM中的溫度設(shè)定值調(diào)出并進(jìn)行初始化，對(duì)定時(shí)器T0，T1及串行口通訊工作方式，串行通訊特率進(jìn)行設(shè)置。初始化流程圖如圖32：圖 32初始化流程圖33主程序模塊中斷是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要功能。采用中斷技術(shù)能實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）分時(shí)操作。計(jì)算機(jī)的中斷系統(tǒng)可以使CPU與外設(shè)同時(shí)工作。CPU在啟動(dòng)外設(shè)后，便繼續(xù)執(zhí)行主程序；CPU響應(yīng)該中斷請(qǐng)求并為其服務(wù)完畢后，回到原來(lái)的斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行主程序。外設(shè)在得到服務(wù)后，也繼續(xù)進(jìn)行自己的工作。因此， CPU可以使多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，并分時(shí)為各外設(shè)提供服務(wù)，從而大大提高了CPU的利用率和輸入/輸出的速度。 （2） 實(shí)時(shí)處理。當(dāng)計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)控制時(shí)，請(qǐng)求CPU提供服務(wù)是隨機(jī)發(fā)生的。有了中斷系統(tǒng)，CPU就可以立即響應(yīng)并加以處理。 （3）故障處理。計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)一些故障，如電源斷電，存儲(chǔ)器奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)，運(yùn)算溢出等。有了中斷系統(tǒng)，當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，CPU可及時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行故障處理程序，自行處理故障而不必停機(jī)。智能控制器的串行中斷復(fù)位程序流程圖如圖34所示：圖34串行中斷復(fù)位程序流程圖35通信中斷流程圖36 通信主流程圖37 通信主程序流程第4章 RS485現(xiàn)場(chǎng)總線 RS485串行接口標(biāo)準(zhǔn) RS48RS422與RS232不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在2～6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C，在RS485中還有一“使能”端，而在RS422中這是可用可不用的?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。接收器也作與發(fā)送端相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將AA與BB對(duì)應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通200mV至6V之間。RS485與RS422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS485是7V至+12V之間，而RS422在7V至+7V之間，RS485接收器最小輸入阻抗為12k歐姆，而RS422的接受器最小輸入阻抗為4k歐姆；所以RS485滿足所有RS422的規(guī)范，所以RS485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。 而RS485與RS422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s