自從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)爆發(fā)以來，人們便逐漸意識(shí)到世界上的能源并不是取之不盡，用之不竭的。因此，如何應(yīng)用科學(xué)的方法，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，設(shè)計(jì)出低耗能、高產(chǎn)出、高效率的產(chǎn)品，已成為從業(yè)人員研究的重點(diǎn)。本文針對具體情況，給出了對冶金加熱爐爐溫控制系統(tǒng)進(jìn)行溫度檢測和記錄的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以便為改善設(shè)備的性能提供數(shù)據(jù)依據(jù)，提高能源的利用率，減少產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

　　1 檢測系統(tǒng)的組成和功能

　　1．1 主要組成

　　本檢測儀以DSP(TMS320LF2407A)作為系統(tǒng)的微控制器來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信號(hào)的采集、通信、人機(jī)接口和檢測數(shù)據(jù)的存貯(掉電不丟失)等功能。本檢測儀的最大特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)信號(hào)采集并存貯數(shù)據(jù)，其中每個(gè)數(shù)據(jù)都有自己的時(shí)間標(biāo)簽，可供使用者隨時(shí)查詢和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　圖1所示是該溫度監(jiān)測儀的功能結(jié)構(gòu)框圖。圖中，該溫度監(jiān)測儀劃分為微控制器部分、人機(jī)接口、溫度傳感器信號(hào)處理電路、存貯器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和通信部分。

　　1．2 主要功能

　　為了適應(yīng)溫控系統(tǒng)工作時(shí)間長，系統(tǒng)慣性大，無人值守等特點(diǎn)。本自動(dòng)監(jiān)控記錄儀系統(tǒng)具有以下功能：

　　首先是能精確檢測8路溫度值，并可對檢測值進(jìn)行自動(dòng)修正；監(jiān)測儀采用的TMS320LF2407A控制芯片具有豐富的內(nèi)部資源，其中所具有16通道lO位AD轉(zhuǎn)換通道，可大大簡化系統(tǒng)對外部硬件的擴(kuò)展，提高系統(tǒng)的集成度和可靠性；

　　其次，本檢測儀具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘記錄和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)采用美信公司的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，可為系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)提供時(shí)間標(biāo)簽。系統(tǒng)定時(shí)采集數(shù)據(jù)后會(huì)附加時(shí)鐘標(biāo)志，然后存貯在存儲(chǔ)器中，以方便以后的隨時(shí)調(diào)出和查閱。

　　第三，本檢測儀具有良好的人機(jī)接口。本系統(tǒng)的人機(jī)接口采用了鍵盤和液晶顯示，可完成按鍵的輸入，各手動(dòng)功能的檢測，各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的顯示以及與PC機(jī)的通信等。

　　最后就是與上位PC機(jī)的通信功能。本檢測儀通過RS485通信方式與上位機(jī)進(jìn)行必要的通信。當(dāng)上位機(jī)需要調(diào)用某些數(shù)據(jù)時(shí)，檢測儀將定位該數(shù)據(jù)并立刻上傳。同時(shí)通信方式也為實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)的控制提供了可能，它可由多臺(tái)檢測儀和一臺(tái)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)DCS控制網(wǎng)絡(luò)。

　　2 主要硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 A／D前端信號(hào)調(diào)理電路

　　因?yàn)閺臒犭婑钸^來的信號(hào)為0～5 V的電壓信號(hào)，而DSP的A／D采樣信號(hào)范圍只能在0～3．3 V之間。所以，在輸入到DSP的A／D電路之前必須經(jīng)過信號(hào)調(diào)理，其調(diào)理電路如圖2所示。圖中，運(yùn)算放大器Ul構(gòu)成電壓跟隨器，可提高信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力和精度。R1，R2可組成簡單的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。其中二極管D1和D2的作用是對DSP的MD進(jìn)行輸入電壓的限幅鉗位保護(hù)。當(dāng)輸入A／D采樣電壓高于3．3 V時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，而使輸入電壓始終不得高于3．3 V，同樣的，當(dāng)?shù)陀贠V時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，其輸入電壓也始終不得低于O V，從而將輸入到AD的電壓限制在被允許的范圍之內(nèi)。

　　2．2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘接口電路

　　為了使檢測儀能自動(dòng)地記錄數(shù)據(jù)。并提供數(shù)據(jù)的采集時(shí)間以供使用者參考。本系統(tǒng)采用美信公司生產(chǎn)的新型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片M14ST95Y／W，并采用SPI通信協(xié)議方式，來減少對系統(tǒng)的端口資源占用，SPI通信只占用系統(tǒng)的SCL、SDI、SDO、片選功能E端以及定時(shí)中斷信號(hào)IRQ。表l所列是M14ST95Y／W的引腳功能，圖3為其引腳排列圖，M14ST95Y／W內(nèi)部集成有時(shí)鐘晶振。同時(shí)具有低電壓保護(hù)功能的電壓比較器，當(dāng)系統(tǒng)供電電壓處于低壓狀態(tài)(內(nèi)部集成1．25V電壓比較器)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入后備電源供電，并在此狀態(tài)下啟動(dòng)寫保護(hù)功能，以防止控制器在欠電壓運(yùn)行狀態(tài)下對實(shí)時(shí)時(shí)鐘的錯(cuò)誤修改。此外，該芯片還具有看門狗實(shí)時(shí)復(fù)位電路。所以，這款實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片資源豐富，功能強(qiáng)大，所需外部分立元件少，可以提高系統(tǒng)的可靠性。

　　本檢測儀中的DSP與實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的連接圖如圖4所示。

　　2．3 DSP與Flash貯存器的連接

　　Flash存儲(chǔ)器又稱閃存，它結(jié)合了ROM和RAM的特點(diǎn)，不僅具備電子可擦除可編程(EEPROM)功能，而且斷電不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，同時(shí)又能快速讀取數(shù)據(jù)，具有可在線電擦寫、低功耗、大容量、擦寫速度快等特點(diǎn)。屬于EEPROM的改進(jìn)產(chǎn)品。AM29LV800B是AMD公司的一種Flash存儲(chǔ)器件，其訪問時(shí)間為90 ns；存儲(chǔ)容量為8 Mbit；工作溫度范圍為-55～+125℃；在線編程電壓為3．0～3．6V；而且功耗低；讀操作時(shí)的電流為7m-A，編程／擦除時(shí)的電流為15 mA。圖5為DSP與AM29LV800B的連接電路圖。

　　2．4 人機(jī)接口

　　本系統(tǒng)的人機(jī)接口部分主要由DSP與液晶的連接電路和按鍵掃描電路組成。根據(jù)TMS320LF2407A的I／O口資源利用情況。本設(shè)計(jì)的液晶顯示采用并行I／O口實(shí)現(xiàn)顯示控制；又由于按鍵鍵盤所需不多，故采用普通的矩陣掃描式鍵盤結(jié)構(gòu)。由于其硬件實(shí)現(xiàn)比較簡單，因此，在此就不列出詳細(xì)的電路了。

　　3 檢測儀軟件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)以上功能，可以將本系統(tǒng)的程序分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理程序、液晶顯示程序、數(shù)據(jù)采集中斷程序、數(shù)據(jù)保存程序和通信程序等幾個(gè)部分。

　　3．1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)中的DSP運(yùn)行主程序流程圖如圖6所示。該程序主要完成系統(tǒng)的初始化、初次上電系統(tǒng)自我故障檢測(包括各個(gè)溫度傳感器是否正常，AD采樣值是否正常)，同時(shí)完成鍵盤和顯示的人機(jī)接口等功能。

　　3．2 定時(shí)采樣程序設(shè)計(jì)

　　定時(shí)采樣程序是檢測儀的關(guān)鍵功能程序，主要完成對各個(gè)檢測點(diǎn)溫度的定時(shí)采集，同時(shí)將讀取采樣時(shí)的時(shí)鐘標(biāo)簽一同記錄到外部的FLASH存貯器中。其具體的采樣程序流程圖如圖7所示。

　　4 結(jié)束語

　　該檢測記錄儀經(jīng)測試證明，能自動(dòng)采集監(jiān)測點(diǎn)的溫度，并具有良好的人際交互界面，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)具有時(shí)間標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集和存貯，便于用戶對生產(chǎn)產(chǎn)品熱處理過程中的溫度效果和工作情況進(jìn)行分析和跟蹤，及時(shí)調(diào)整控制策略，提高產(chǎn)品質(zhì)量并節(jié)省生產(chǎn)成本。