【導(dǎo)讀】數(shù)控機(jī)床加工中，常需要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行熱誤差計(jì)算并實(shí)現(xiàn)熱誤差補(bǔ)償，通過熱誤。因此,研究一種基于串行通信的多路。產(chǎn)效率有著重要的意義。通信，使用上位機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和溫度的顯示等。溫度的測量精度低于℃。顯示，采用溫度傳感器TC1047進(jìn)行溫度采集。將溫度傳感器輸出的電壓通過RC濾波電。RS232串口發(fā)送到LABVIEW編寫的上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。采集速率以及設(shè)定報(bào)警溫度上限，將采集到的數(shù)據(jù)以TXT或XLS格式存儲(chǔ)到電腦中。的制作和調(diào)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)穩(wěn)定性和可行性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果。

　　

【正文】 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。其中，溫度報(bào)警程序如圖 413所示。在程序設(shè)計(jì)中 使用條件結(jié)構(gòu)來判斷是否執(zhí)行報(bào)警程序，將各路采集到的溫度度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，若有其中一路溫度值超過了設(shè)定的溫度值，則條件結(jié)構(gòu)判斷為真，則執(zhí)行報(bào)警程序。在報(bào)警程序中實(shí)現(xiàn)報(bào)警聲的輸出及報(bào)警指示燈每隔 200毫秒紅綠燈 進(jìn)行交替閃爍，當(dāng) 4路溫度值都與設(shè)定的溫度值低時(shí)，則條件結(jié)構(gòu)判斷為假，則報(bào)警程序不執(zhí)行，這樣就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 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，先通過使用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行軟件仿真。 設(shè)計(jì)仿真主要使用 Proteus仿真軟件和虛擬串口軟件。 下位機(jī)硬件電路仿真原理圖如圖 51所示，圖中只畫出了 4路放大電路中其中的 1路放大電路，其它 3路放大與其完全相同。仿真時(shí)另外三路放大器的電壓輸出用三個(gè)滑動(dòng)變阻器來模擬溫度傳感器經(jīng)放大后 的電壓輸出。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。在進(jìn)行串口通信仿真時(shí)，首先需要安裝一個(gè)虛擬串口軟件 VSPD XP 5，安裝成功后打開 如 圖 51 硬件電路仿真原理圖 圖 52所示， 會(huì)虛擬出兩個(gè)串口 COM1和 COM2，通過這兩個(gè)虛擬串口，就可以實(shí)現(xiàn)串口通信的仿真。在進(jìn)行串口通信仿真前需要設(shè)置好仿真原理圖中的串口，其串口參數(shù)設(shè)置如圖 53所示，選擇串口號(hào) COM1，其中串口波特率為 9600,數(shù)據(jù)為 8位，停止位 1位，沒有 奇 P 3 6P 3 7P 3 3P 3 4P 3 5RX DT X DT X D RX D 1T X D1RX DRX DT X DCL KDIDOCS 1CH 1CH 2CS 2CH 3CH 4RSRWLERSRWLECS 1CL KDODICS 2CH 1CH 4CH 3CH 2D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 LX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 123456789 1R P 1RE S P A C K 8V C C2 0 .0 V O UT3U 3 0T C10 4 7 A+12V12V+12V12VE RR O RT X D3RX D2CT S8RT S7DS R6DT R4DC D1RI9P1CO M P IMT 1 IN11R1O UT12T 2 IN10R2O UT9T 1 O UT14R1I N13T 2 O UT7R2I N8C2 +4C25C1 +1C13VS+2V S 6U 1 1V C CC61uFC11uFC31uFC41uFC21uFCS1CH 02CH 13G ND4V C C8CL K7DI5DO6U2A DC 0 8 3 2CS1CH 02CH 13G ND4V C C8CL K7DI5DO6U 1 2A DC 0 8 3 2V C CV C C32674 81U 1 0O P 0 732674 81U4O P 0 732674 81U5O P 0 7 1 2 V+ 1 2 VR11kR21kR35 .1 kR44 .9 kC51 0 u fR52 0 0R61 0 kV C C81%R V 11k67%R V 21k55%R V 31k 圖52 虛擬串口 偶校驗(yàn)位。設(shè)置好這些參數(shù)之后， 還需要打開串口調(diào)試助手，串口調(diào)試助手的設(shè)置除 了串口號(hào)選擇 COM2不同外，其它設(shè)置必須與與 Proteus中串口的設(shè)置一致。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)送來數(shù)據(jù)。串口仿真結(jié)果如圖 54所示，在仿真程序中串口發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)一共有 7個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)幀幀頭為 0x31和 0x32，數(shù)據(jù)幀幀尾為 圖53 仿真串口參數(shù)設(shè)置 0x33,幀頭和幀尾之間的數(shù)據(jù)為 A/D采集到的數(shù)據(jù)。從下圖接收到 的數(shù)據(jù)分析可知，串口 仿真成功。同理，上位 機(jī) 串接收數(shù)據(jù)的仿真也可以通過這兩個(gè)虛擬串口進(jìn)行仿真。 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 2021 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。在制作雙面板時(shí)應(yīng)該選擇手動(dòng)布線，在布要注意適當(dāng)?shù)奶砑舆^孔，方便以后電路板的焊接。然后 對(duì) 軟件 繪制的 PCB板 圖進(jìn)行檢查，看是否存在有短路和斷路 、錯(cuò)誤連線 等一些情況的出現(xiàn)。 （ 2） PCB 圖檢查完畢后，將 PCB 圖打印出來，因?yàn)橹谱鞯?PCB 為雙面板，所以需要注意將 PCB 的頂層和底層進(jìn)行進(jìn)行對(duì)孔，并訂裝好。 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。 （ 3） 查看覆銅板上使用熨斗燙印的連線是否有脫落或者斷掉的情況出現(xiàn)，如果存在小范圍的這種情況，可以使用油性筆進(jìn)行描繪補(bǔ)齊 斷線和脫落塊，如果存在大范圍 的脫落時(shí)，需要將銅板沖洗干凈，重新燙印一次電路。然后腐蝕電路板，腐蝕后需要檢查是否存在有銅皮 未 腐蝕完的現(xiàn)象 。 在腐蝕 過程中要注意掌握時(shí)間，時(shí)間不能夠太長， 最后將腐蝕好的電路板清洗干凈。 （ 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。插孔過大過小都會(huì)影響到電路的焊接。同時(shí)在進(jìn)行打孔時(shí)要注意安全。 （ 5）電路板打完孔后，就是焊接。 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 要用萬用表測出阻值的大小，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）電路板檢察無誤之后，接下來就是電路板的調(diào)試，通過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。在程序的調(diào)試過程中要分步進(jìn)行調(diào)試，先把每個(gè)模塊分別測試好，再將所有的模塊組合起來一起測試。這樣既方便錯(cuò)誤的檢查，又能提高效率。 硬件調(diào)試及軟件驗(yàn)證 電源電路測試 為了防止電源出現(xiàn)問題因電壓過大燒壞元器件，在進(jìn)行電源測試之前先將除電源外的其它芯片卸下 。然后接通過電源，用萬用表測量測量各輸出電壓端的輸出電壓是否正確。在電源測試時(shí)，分別測量各三端穩(wěn)壓芯片的輸入和輸出電壓是否在預(yù)期的范圍內(nèi)，若不是則應(yīng)立即拔掉電源插頭，檢查電路，再進(jìn)行測試，直到能正常輸出穩(wěn)定的正負(fù) 12V和正負(fù) 5V電壓。 LCD1602 顯示測試 測試電路板中的顯示電路 LCD1602 是否能正常顯示數(shù)字或字符。電源測試好之后，將卸下的元件裝回電路板上，接著將 LCD 顯示測試程序 下載 到單片機(jī)中，觀察發(fā)現(xiàn) LCD不能顯示，仔細(xì)檢察程序之后，確保了程序是正確的。然后檢察電路圖和 PCB 圖是否有誤， 將電路檢察并確保無誤后 。 最后發(fā)現(xiàn)是 LCD 的 對(duì)比度太低，通過調(diào)節(jié)滑滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié) LCD的對(duì)比度之后， LCD 就可以正常顯示數(shù)據(jù)。 放大電路測試 測試 4路電壓放大電路能否按預(yù)期的進(jìn)行電壓放大。將 4路溫度傳感器接入電路中， 溫度傳感器將輸出一個(gè)電壓作為放大電路的輸入。分別用萬用表測量各通道溫度傳感器的輸出電壓和經(jīng)過放大后的輸出電壓，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調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻來調(diào)整電壓放大倍數(shù)。 A/D 轉(zhuǎn)換測試 測試 A/D 轉(zhuǎn)換電路是否能正常采集數(shù)據(jù) 。 將編寫 好 的 A/D 測試程序結(jié) 合顯示程序來測試 A/D轉(zhuǎn)換電路。將 各通道 采集到的 A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理 轉(zhuǎn)換為電壓之后 送到 LCD上顯示，并通過 用手握住溫度傳感器來 改變 溫度傳感器的電壓輸出來觀察 A/D 是否能采集到電壓。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，說明 A/D 可以采集到數(shù)據(jù) 。 為了確保 A/D 采集到的數(shù)據(jù)是正確的，用萬用表測量各通道放大電路的電壓輸出與 A/D 采集到的電壓是否一致，若一致則說明 A/D 可以正常采集數(shù)據(jù)。在進(jìn)行計(jì)算 A/D 采集到的電壓時(shí)要注意 A/D 的參考電壓，參考電壓應(yīng)與實(shí)際電路測量的參考電壓為準(zhǔn) 。 下位機(jī)串口通信測試 測試串口通信電路能否進(jìn)行正常發(fā)送數(shù)據(jù)。在串口通信測試中使用一根串口轉(zhuǎn) USB線來實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的串口通信。將已編寫好的串口通信測試程序下載到單片機(jī)中，剛開始先不使用自己編寫的上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行測試，而是使用串口調(diào)試助手軟件與下位機(jī)進(jìn)行通信，這樣就可以排除自己編寫上位機(jī)出錯(cuò)的可能。當(dāng)串口調(diào)試助手可以正確接收到單片機(jī)通過串口發(fā)送過來數(shù)據(jù)，說明串口及串口發(fā)送程是正確的。 上位機(jī)串口通信測試 測試上位機(jī)能否接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。將已測試好的串口發(fā)送程 序燒寫到單片機(jī)，接通過電源。在上位機(jī)的人機(jī)交互界面上選擇串口號(hào)、設(shè)定串口的相關(guān)參數(shù)、采集速率和報(bào)警溫度上限等設(shè)置。按下數(shù)據(jù)采集按鈕，觀察數(shù)據(jù)接收窗口是否能接收到數(shù)據(jù)。若不能接收到數(shù)據(jù)，則檢查上位機(jī)串口接收程序，若可以接收到數(shù)據(jù)，則可以進(jìn)一步對(duì)上位機(jī)是否可以正常處理數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)等功能進(jìn)行測試。 下位機(jī)與上位機(jī)整體功能測試 測試整個(gè)設(shè)計(jì)是否能正常工作。將以上測試 LCD顯示、 A/D轉(zhuǎn)換和串口通信等測試程序整合起來，結(jié)合上位機(jī)一起來測試整個(gè)設(shè)計(jì)的運(yùn)行結(jié)果。首先下位機(jī)將采集到的 4通道 A/D轉(zhuǎn)換值，通過數(shù) 據(jù)處理在 LCD上顯示出 4路溫度值，然后再將 A/D轉(zhuǎn)換 4路 8位數(shù)字量 值通過串口發(fā)送到上位。在發(fā)送 4路數(shù)字量時(shí)，要注意數(shù)據(jù)要以數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送，即按順序發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)幀幀頭 0x31和 0x32，接著發(fā)送 4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這 4個(gè)字節(jié)為 A/D采集到的 4路數(shù)字量，最后再發(fā)送 0x31作為一幀數(shù)據(jù)的幀尾。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。在上位機(jī)上設(shè)定好各種參數(shù)之后，開始數(shù)據(jù)采集，首先驗(yàn)證上位機(jī)上顯示的溫度值是否與下位 LCD顯示的溫度值一致，然后逐一測試溫度波形曲線、溫度強(qiáng)度圖表、數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)等是 否正確。若出現(xiàn)錯(cuò)誤則分析錯(cuò)誤的原因并將其改正過來。 數(shù)據(jù)測量及誤差分析 溫度傳感器標(biāo)定 溫度傳感器 TC1047理論上是 0℃時(shí)為 100mV,40℃時(shí)為 900mV，但在實(shí)際中，理論與實(shí)際是有一