【導讀】數(shù)控機床加工中，常需要對數(shù)控機床進行熱誤差計算并實現(xiàn)熱誤差補償，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編寫的上位機進行數(shù)據(jù)處理和顯示。采集速率以及設(shè)定報警溫度上限，將采集到的數(shù)據(jù)以TXT或XLS格式存儲到電腦中。的制作和調(diào)試，驗證了設(shè)計的設(shè)計穩(wěn)定性和可行性，實現(xiàn)了設(shè)計的預期結(jié)果。

　　

【正文】 樣，同樣在設(shè)計中出應(yīng)該考慮到用戶可以設(shè)定不同的溫度報警上限值。其中，溫度報警程序如圖 413所示。在程序設(shè)計中 使用條件結(jié)構(gòu)來判斷是否執(zhí)行報警程序，將各路采集到的溫度度值與設(shè)定的溫度值進行比較，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)行報警程序。在報警程序中實現(xiàn)報警聲的輸出及報警指示燈每隔 200毫秒紅綠燈 進行交替閃爍，當 4路溫度值都與設(shè)定的溫度值低時，則條件結(jié)構(gòu)判斷為假，則報警程序不執(zhí)行，這樣就可以實現(xiàn)報警功能。 圖 413 溫度報警程序 5 原理圖電路仿真 為了更進一步確保本方案設(shè)計的可以行，在進行硬件電 路實物的制作之前，先通過使用仿真軟件對設(shè)計方案進行軟件仿真。 設(shè)計仿真主要使用 Proteus仿真軟件和虛擬串口軟件。 下位機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。仿真時另外三路放大器的電壓輸出用三個滑動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，而串口通信并未實現(xiàn)仿真。在進行串口通信仿真時，首先需要安裝一個虛擬串口軟件 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， 會虛擬出兩個串口 COM1和 COM2，通過這兩個虛擬串口，就可以實現(xiàn)串口通信的仿真。在進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 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，運行仿真程序，點擊串口調(diào)試助手中打開串口按鈕，若可以進行正常的串口通信，接收窗口將會顯示單片機發(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 串接收數(shù)據(jù)的仿真也可以通過這兩個虛擬串口進行仿真。 圖 54 串口數(shù)據(jù)接收仿真 6 實物的組裝調(diào)試及軟件驗證 實物的制作流程 下面分步驟介紹實物的制作流程： （ 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。在制作雙面板時應(yīng)該選擇手動布線，在布要注意適當?shù)奶砑舆^孔，方便以后電路板的焊接。然后 對 軟件 繪制的 PCB板 圖進行檢查，看是否存在有短路和斷路 、錯誤連線 等一些情況的出現(xiàn)。 （ 2） PCB 圖檢查完畢后，將 PCB 圖打印出來，因為制作的 PCB 為雙面板，所以需要注意將 PCB 的頂層和底層進行進行對孔，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 時要仔細，并且毎個地方都要燙到，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，可以使用油性筆進行描繪補齊 斷線和脫落塊，如果存在大范圍 的脫落時，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間，時間不能夠太長， 最后將腐蝕好的電路板清洗干凈。 （ 4） 將腐蝕好的電路板進行打孔，在進行打孔時要注意適當?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。插孔過大過小都會影響到電路的焊接。同時在進行打孔時要注意安全。 （ 5）電路板打完孔后，就是焊接。 焊接 元件時要將電路板 與 PCB 對照著，注意元件的封裝是否與實物相對應(yīng)，防止焊接錯 ； 在焊接電阻時，需 要用萬用表測出阻值的大小，確保阻值的大小是對的；電路板焊接好之后，要仔細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，進行驗證硬件和軟件的正確與否。在程序的調(diào)試過程中要分步進行調(diào)試，先把每個模塊分別測試好，再將所有的模塊組合起來一起測試。這樣既方便錯誤的檢查，又能提高效率。 硬件調(diào)試及軟件驗證 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，分別測量各三端穩(wěn)壓芯片的輸入和輸出電壓是否在預期的范圍內(nèi)，若不是則應(yīng)立即拔掉電源插頭，檢查電路，再進行測試，直到能正常輸出穩(wěn)定的正負 12V和正負 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 到單片機中，觀察發(fā)現(xiàn) LCD不能顯示，仔細檢察程序之后，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 對比度太低，通過調(diào)節(jié)滑滑動變阻器來調(diào)節(jié) LCD的對比度之后， 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期的進行電壓放大。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，計算出是否為預期的放大倍數(shù)，如果有偏差可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻來調(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 A/D 采集到的電壓增大，松手時 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)。在進行計算 A/D 采集到的電壓時要注意 A/D 的參考電壓，參考電壓應(yīng)與實際電路測量的參考電壓為準 。 下位機串口通信測試 測試串口通信電路能否進行正常發(fā)送數(shù)據(jù)。在串口通信測試中使用一根串口轉(zhuǎn) USB線來實現(xiàn)下位機與上位機之間的串口通信。將已編寫好的串口通信測試程序下載到單片機中，剛開始先不使用自己編寫的上位機與下位機進行測試，而是使用串口調(diào)試助手軟件與下位機進行通信，這樣就可以排除自己編寫上位機出錯的可能。當串口調(diào)試助手可以正確接收到單片機通過串口發(fā)送過來數(shù)據(jù)，說明串口及串口發(fā)送程是正確的。 上位機串口通信測試 測試上位機能否接收數(shù)據(jù)并進行數(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，接通過電源。在上位機的人機交互界面上選擇串口號、設(shè)定串口的相關(guān)參數(shù)、采集速率和報警溫度上限等設(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)，則檢查上位機串口接收程序，若可以接收到數(shù)據(jù)，則可以進一步對上位機是否可以正常處理數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)等功能進行測試。 下位機與上位機整體功能測試 測試整個設(shè)計是否能正常工作。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)合上位機一起來測試整個設(shè)計的運行結(jié)果。首先下位機將采集到的 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，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)送兩個數(shù)據(jù)幀幀頭 0x31和 0x32，接著發(fā)送 4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這 4個字節(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)下機位的數(shù)據(jù)幀發(fā)送格式進行獲取 4路 A/D轉(zhuǎn)換值的。在上位機上設(shè)定好各種參數(shù)之后，開始數(shù)據(jù)采集，首先驗證上位機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、溫度強度圖表、數(shù)據(jù)顯示和存儲等是 否正確。若出現(xiàn)錯誤則分析錯誤的原因并將其改正過來。 數(shù)據(jù)測量及誤差分析 溫度傳感器標定 溫度傳感器 TC1047理論上是 0℃時為 100mV,40℃時為 900mV，但在實際中，理論與實際是有一