低壓控制柜中的溫度控制系統(tǒng)

摘要：該系統(tǒng)設計了一種低壓控制柜中溫度控制的解決方案，低壓控制柜是智能交通系列產(chǎn)品，可集成欄桿機、車道通行燈、聲光報警等多種電路模塊。不同的電路模塊對環(huán)境有不同的需求，環(huán)境溫度是其中的一個關鍵因素，適宜的溫度是低壓控制柜正常工作的必要條件。該系統(tǒng)由溫度傳感器DS18B20自動采集溫度，光耦MOC3041M智能控制溫度，數(shù)碼管實時顯示溫度。該溫度控制系統(tǒng)簡單易實現(xiàn)，廣泛應用于工控機等工業(yè)場所中；模塊化的設計思想，方便用戶的二次開發(fā)。
關鍵詞：低壓控制柜；溫度控制；數(shù)字溫度計；可控硅型光耦

0 引言
    隨著信息技術的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)體系越來越數(shù)字化、智能化和集成化，現(xiàn)代機械設備日益趨向于自動化控制管理。而在自動控制領域中，溫度檢測與控制占有很重要的地位，能夠獨立工作的溫度檢測與控制系統(tǒng)越來越被人們關注。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件，隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的實現(xiàn)，溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字集成式方向飛速發(fā)展。溫控模塊由單片機驅動，單片機由于低功耗、易擴展、可靠性高等優(yōu)點也成為人們追求的目標。
    低壓控制柜是智能交通系列產(chǎn)品，內部一般集成欄桿機、車道通行燈、聲光報警等模塊，主要應用于高速公路收費口自動化管理系統(tǒng)。由于低壓控制柜內部集成電路眾多，如何保證各個模塊協(xié)調的正常工作是很重要的，溫度控制是其中關鍵的一點。各個電路模塊需求的工作環(huán)境不同，對溫度的要求也不同。本文設計了一種低壓控制柜中溫度控制的實現(xiàn)方法，自動采集溫度并智能控制溫度在一個理想的工作范圍之內。

1 系統(tǒng)整體設計
    隨著社會的進步，智能交通產(chǎn)品越來越多地應用于高速公路智能化自動控制管理系統(tǒng)中。高速公路的收費處設立了多個檢測控制設備，如何將這些設備智能化控制就成為人們思考的重點問題。車道控制柜集成了工控機、計重收費用費額顯示器、車道進出控制入口、信號燈控制電路等模塊，方便了人們對公路交通產(chǎn)品的控制管理。溫控模塊就是應用于車道控制柜中的自動化系統(tǒng)，它能自動檢測控制柜中的溫度，并智能控制溫度在一個適宜其中電路工作的范圍之內。
    溫控模塊主要包括數(shù)字溫度傳感器電路、單片機控制電路、數(shù)碼顯示電路，將它們集成在同一個模塊中，不僅能更好地檢測控制溫度，而且易維護、可擴展。溫度傳感器電路負責采集溫度信息，并將溫度信息傳遞給單片機；單片機控制電路負責接收外部的溫度信息，數(shù)據(jù)處理之后發(fā)送相應的指令到溫控部分調節(jié)溫度；數(shù)碼顯示電路則實時顯示溫度信息，方便工作與維護人員查看。
    系統(tǒng)整體功能設計如圖1所示。

2 溫度采集傳感器
    溫度采集部分選擇DALLAS公司生產(chǎn)的一線式傳感器DS18B20，DS18B20溫度測量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9到12位A／D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。
    溫度采集部分電路如圖2所示。

3 溫度控制芯片
    溫度控制部分選擇FAIRCHILD公司生產(chǎn)的光耦合器MOC3041M，MOC3041M是過零雙向可控硅型光耦，單片機通過控制改變雙向可控硅的導通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調節(jié)風扇的轉速，實現(xiàn)智能調速控溫。
    溫度控制部分電路如圖3所示。

4 溫度顯示數(shù)碼管
    溫度顯示部分選擇兩位LED數(shù)碼管，具有高性價比、顯示清晰、亮度高、使用方便、電路簡單、壽命長等優(yōu)點。我們選擇的是共陽極數(shù)碼管，由單片機控制數(shù)碼管的各引腳電平，就能顯示相應的數(shù)據(jù)。
    溫控模塊中溫度顯示部分的電路如圖4所示。

5 軟件程序設計
    系統(tǒng)程序設計主要包括主程序，讀取溫度子程序，溫度轉換子程序，顯示溫度子程序，調速風扇子程序。主程序的主要功能是負責溫度的采集和實時顯示，單片機讀DS18B20采集的溫度信息，數(shù)據(jù)轉換為十進制溫度數(shù)值并由數(shù)碼管實時顯示該數(shù)值。同時判斷該溫度是否到達預設的溫度數(shù)值上限，如果超過上限則進入調速風扇子程序，根據(jù)不同的溫度調節(jié)風扇的轉速以達到智能降溫的目的。
    系統(tǒng)的主程序流程圖如圖5所示。

6 結束語
    本文介紹了低壓控制柜中智能自動測溫調溫系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，以單片機為核心，主要完成對外界環(huán)境溫度信號的采集、處理、顯示等功能。低壓控制柜中集成了不同的電路模塊，溫度控制部分可對不同的模塊分別進行控制，保證不同模塊的正常協(xié)調工作。該系統(tǒng)適用性強，用戶只需對界面參數(shù)進行設置并啟動系統(tǒng)正常運行便可實現(xiàn)對最適溫度的實時監(jiān)控；可擴展性強，模塊化的設計思想方便用戶的二級開發(fā)，用戶可根據(jù)自己實際需要增加或減少相應功能。只要稍加改變，本模塊即可廣泛適用于工控機等工業(yè)場所。設計穩(wěn)定性高、性能優(yōu)越。
    經(jīng)測試，該模塊感溫準確快速，智能調速風扇降溫過程可根據(jù)設定的溫度閾值自動控制，設計達到預期目的。電路工作效果圖如圖6所示。