低壓控制柜中的溫度控制系統(tǒng)

摘要：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)、車道通行燈、聲光報(bào)警等多種電路模塊。不同的電路模塊對(duì)環(huán)境有不同的需求，環(huán)境溫度是其中的一個(gè)關(guān)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(dòng)采集溫度，光耦MOC3041M智能控制溫度，數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示溫度。該溫度控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于工控機(jī)等工業(yè)場(chǎng)所中；模塊化的設(shè)計(jì)思想，方便用戶的二次開發(fā)。
關(guān)鍵詞：低壓控制柜；溫度控制；數(shù)字溫度計(jì)；可控硅型光耦

0 引言
    隨著信息技術(shù)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(jī)械設(shè)備日益趨向于自動(dòng)化控制管理。而在自動(dòng)控制領(lǐng)域中，溫度檢測(cè)與控制占有很重要的地位，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)越來越被人們關(guān)注。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的實(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)由于低功耗、易擴(kuò)展、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)也成為人們追求的目標(biāo)。
    低壓控制柜是智能交通系列產(chǎn)品，內(nèi)部一般集成欄桿機(jī)、車道通行燈、聲光報(bào)警等模塊，主要應(yīng)用于高速公路收費(fèi)口自動(dòng)化管理系統(tǒng)。由于低壓控制柜內(nèi)部集成電路眾多，如何保證各個(gè)模塊協(xié)調(diào)的正常工作是很重要的，溫度控制是其中關(guān)鍵的一點(diǎn)。各個(gè)電路模塊需求的工作環(huán)境不同，對(duì)溫度的要求也不同。本文設(shè)計(jì)了一種低壓控制柜中溫度控制的實(shí)現(xiàn)方法，自動(dòng)采集溫度并智能控制溫度在一個(gè)理想的工作范圍之內(nèi)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
    隨著社會(huì)的進(jìn)步，智能交通產(chǎn)品越來越多地應(yīng)用于高速公路智能化自動(dòng)控制管理系統(tǒng)中。高速公路的收費(fèi)處設(shè)立了多個(gè)檢測(cè)控制設(shè)備，如何將這些設(shè)備智能化控制就成為人們思考的重點(diǎn)問題。車道控制柜集成了工控機(jī)、計(jì)重收費(fèi)用費(fèi)額顯示器、車道進(jìn)出控制入口、信號(hào)燈控制電路等模塊，方便了人們對(duì)公路交通產(chǎn)品的控制管理。溫控模塊就是應(yīng)用于車道控制柜中的自動(dòng)化系統(tǒng)，它能自動(dòng)檢測(cè)控制柜中的溫度，并智能控制溫度在一個(gè)適宜其中電路工作的范圍之內(nèi)。
    溫控模塊主要包括數(shù)字溫度傳感器電路、單片機(jī)控制電路、數(shù)碼顯示電路，將它們集成在同一個(gè)模塊中，不僅能更好地檢測(cè)控制溫度，而且易維護(hù)、可擴(kuò)展。溫度傳感器電路負(fù)責(zé)采集溫度信息，并將溫度信息傳遞給單片機(jī)；單片機(jī)控制電路負(fù)責(zé)接收外部的溫度信息，數(shù)據(jù)處理之后發(fā)送相應(yīng)的指令到溫控部分調(diào)節(jié)溫度；數(shù)碼顯示電路則實(shí)時(shí)顯示溫度信息，方便工作與維護(hù)人員查看。
    系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)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(cè)量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9到12位A／D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)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(jī)通過控制改變雙向可控硅的導(dǎo)通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)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(jià)比、顯示清晰、亮度高、使用方便、電路簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。我們選擇的是共陽(yáng)極數(shù)碼管，由單片機(jī)控制數(shù)碼管的各引腳電平，就能顯示相應(yīng)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(shè)計(jì)
    系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要包括主程序，讀取溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換子程序，顯示溫度子程序，調(diào)速風(fēng)扇子程序。主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的采集和實(shí)時(shí)顯示，單片機(jī)讀DS18B20采集的溫度信息，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度數(shù)值并由數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示該數(shù)值。同時(shí)判斷該溫度是否到達(dá)預(yù)設(shè)的溫度數(shù)值上限，如果超過上限則進(jìn)入調(diào)速風(fēng)扇子程序，根據(jù)不同的溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以達(dá)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(jié)束語(yǔ)
    本文介紹了低壓控制柜中智能自動(dòng)測(cè)溫調(diào)溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，以單片機(jī)為核心，主要完成對(duì)外界環(huán)境溫度信號(hào)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(duì)不同的模塊分別進(jìn)行控制，保證不同模塊的正常協(xié)調(diào)工作。該系統(tǒng)適用性強(qiáng)，用戶只需對(duì)界面參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并啟動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行便可實(shí)現(xiàn)對(duì)最適溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控；可擴(kuò)展性強(qiáng)，模塊化的設(shè)計(jì)思想方便用戶的二級(jí)開發(fā)，用戶可根據(jù)自己實(shí)際需要增加或減少相應(yīng)功能。只要稍加改變，本模塊即可廣泛適用于工控機(jī)等工業(yè)場(chǎng)所。設(shè)計(jì)穩(wěn)定性高、性能優(yōu)越。
    經(jīng)測(cè)試，該模塊感溫準(zhǔn)確快速，智能調(diào)速風(fēng)扇降溫過程可根據(jù)設(shè)定的溫度閾值自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期目的。電路工作效果圖如圖6所示。