1 问题的提出
在机械零件热处理过程中,温度测量与控制的准确与否直接关系到产品质量的好坏。因此我们采用MCS-51系列单片机及其它集成电路芯片研制了一台多点温度集中显示装置,它将热处理车间的10台炉子的炉温,同时集中显示在仪表电工值班室显示板上,使仪表电工在值班室即可以及时了解各台炉温情况,又可以干其它工作,省去了工人不停定时巡检炉温的简单枯燥的重复劳动。同时,该装置具有报警功能,当有一台炉子的炉温超过设定温度时,装置能够发出报警信号,以提醒值班人员及时处理解决问题,避免由于炉温失准而造成废品。
2 装置的工作原理及主要技术指标
该装置的工作原理框图如图1所示,它以MCS-51系列的8031单片机为核心,配以相应的接口电路组成。热电偶测得的温度信号经过转换开关送入放大器,经放大后送入A/D转换器转换成数字信号送入单片机进行数据处理及结果显示。装置还设有键盘,操作人员可根据需要输入各台炉子的温度过限报警范围,一旦炉温度超过该点的设定范围,将发出报警信号。
装置主要技术指标:
测温范围: 0~1100℃;精度等级: 1.0级;巡检点数: 10点;巡检时间: <15s;显示方式: 10点同时以4位LED方式显示。
3 装置组成及功能
3.1 模拟电路
装置的模拟电路主要有多路模拟开关CD4051、放大器AD595及A/D转换芯片ICL7109等组成。
电路中信号的切换采用了2片CD4051多路模拟开关。CD4051是8路模拟开关,具有功耗低速度高、体积小无触点、寿命长的特点,通过外部选通地址的输入可以选择多路输入中的一路输出给放大器AD595。
多路转换模拟开关的输出信号送入放大器AD595进行放大。AD595是美国AD公司生产的热电偶专用放大器,它具有很高的共模抑制比及输入电阻,同时具有冷端温度补偿及线性化功能,可以很方便地将热电偶输出的与温度成非线性关系的电压信号放大成10mV/℃的线性信号。
AD595放大器输出的电压信号经分压后送入A/D转换芯片ICL7109双积分型A/D转换器转换成相应的12位数字信号,通过8031单片机的PI口送入单片机中。
3.2 数字电路
它是以8031单片机为核心,配以2732EPROM、
6116RAM、8255并行接口电路及显示电路构成。
2732EPROM是4K的外部程序存储器,用以存储执行程序的代码及所需的相应表格。
6116RAM是2K的读写存储器,它构成外部数据存储器,用来存放每次采样所得的温度值及各个点的温度报警上限。
8255是并行接口电路,具有3个并行口: PA口、PB口、PC口。其中PA口作多路转换开关的选通信号及显示电路的选通信号、PB口作8×8键盘的输入口、PC口作显示电路的选通信号。
显示电路由MC14499专用显示芯片及4位LED数码管组成,它可以将由8031单片机的串行通讯口送入的信号转换成相应的七段码送入LED数码管进行显示。
4 软件设计
装置的软件主要分为巡回测量程序和键盘中断程序。
装置上电后,程序首先进行初始化,包括设置堆栈指针,对有关寄存器设初值,对外部RAM和内部RAM进行清零,设置8255并行接口芯片的工作方式。
程序初始化后,程序就开始判断定时采样时间是否到。若没到就等待;若到了就开始对各点温度采样。为了防止干扰信号的影响采用数字滤波器,则可对多个通道共同起作用,从而降低硬件成本。采用程序判断滤波法,舍弃干扰信号,保留有用信号。将采样的结果进行数据处理后送入显示电路显示,并进行是否需要报警的判断处理(巡回测量程序框图见图2)。
4.2 键盘中断处理程序
装置设置了8×8键盘,用于输入各台炉子的炉温报警上限值,其中10个数字键, 6个功能键。数字键用于数值的输入,功能键用于完成进入键盘中断、各点选择,键盘中断返回等功能(中断处理程序见图3)。
5 结束语
该装置在一拖集团公司油嘴油泵厂使用,收到了预期的效果,在每台炉子上等于加装了一套温度显示报警装置,不会再因炉子上原有单台仪表的失灵而引起零件报废的事故发生。
