基于單片機(jī)的智能油溫檢測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對目前液壓系統(tǒng)油溫過高導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)的問題，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能油溫檢測報(bào)警系統(tǒng)。詳細(xì)闡述了該智能油溫檢測報(bào)警系統(tǒng)的原理。該智能油溫檢測報(bào)警系統(tǒng)以Atmel公司AT89C51型單片機(jī)為主要內(nèi)核，采用銅熱電阻Cu50和摩托羅拉公司MC14433型A／D轉(zhuǎn)換器為溫度信號采集裝置，并以7448芯片驅(qū)動(dòng)LED顯示，在精確測量溫度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)油溫升高超限報(bào)警功能。
關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；油溫檢測；A／D轉(zhuǎn)換器；LED顯示

0 引言
    目前，液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域，其油溫過高導(dǎo)致系統(tǒng)保護(hù)是困擾液壓系統(tǒng)連續(xù)工作穩(wěn)定性的主要問題，由于油路在循環(huán)過程中油溫不斷升高，當(dāng)油路溫度超出油泵安全運(yùn)行溫度時(shí)，現(xiàn)場工作人員必須停止運(yùn)行液壓系統(tǒng)，當(dāng)現(xiàn)場工作油泵臺數(shù)不斷增加時(shí)，工作人員須反復(fù)檢查每套液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。針對以上問題設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的智能油溫檢測報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)在液壓系統(tǒng)工作過程中實(shí)時(shí)測量并實(shí)時(shí)顯示油溫，當(dāng)溫度超過預(yù)警值時(shí)實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警，該設(shè)計(jì)成本和維護(hù)費(fèi)用較低。提高了生產(chǎn)的安全性和可靠性，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，可實(shí)現(xiàn)精度±0．5℃的油溫檢測并實(shí)時(shí)顯示，溫度上限設(shè)定范圍由值班人員現(xiàn)場設(shè)定，當(dāng)溫度高于上限時(shí)驅(qū)動(dòng)LED報(bào)警燈亮，同時(shí)蜂鳴器嗚叫。系統(tǒng)配有鍵盤，可設(shè)上限報(bào)警，系統(tǒng)配有打印機(jī)可實(shí)時(shí)打印現(xiàn)場油溫，采用RS 232C標(biāo)準(zhǔn)與上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)編程。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 硬件部分
2．1 傳感器及調(diào)理電路
    傳感器采用價(jià)格低廉、穩(wěn)定性較好的銅熱電阻Cu50，其精度達(dá)到±0．05℃、測溫范圍-50～150℃。
    調(diào)理電路采用兩級放大環(huán)節(jié)，芯片Op07作為放大器，第一級為差動(dòng)電橋放大器，可獲得較高的共模抑制比，第二級進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為便于處理和傳輸?shù)男盘枴?br />     A／D轉(zhuǎn)換器采用與微處理器接口更為方便的BCD碼輸出的MC14433，將調(diào)理電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送入CPU處理。
2．2 微處理器
    系統(tǒng)采用AT89C51型單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要完成數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、狀態(tài)顯示、越限報(bào)警、中斷控制、定時(shí)打印、鍵盤操作、A／D采集、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。
2．3 人機(jī)接口
    顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及被控參量的實(shí)時(shí)值、便于操作人員對儀器進(jìn)行操作，如設(shè)定溫度上限，包括鍵盤、顯示器、打印機(jī)接口、狀態(tài)指示燈及報(bào)警裝置驅(qū)動(dòng)電路。鍵盤采用獨(dú)立鍵結(jié)構(gòu)、中斷查詢結(jié)合。其特點(diǎn)是程序編制簡單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。設(shè)定上限需要兩個(gè)按鍵，分別是加1和減1，系統(tǒng)對置上限鍵進(jìn)行中斷查詢，待確定控制要求后再對加1和減1進(jìn)行查詢。
    顯示器采用三位七段數(shù)碼管，動(dòng)態(tài)顯示、軟件譯碼、共陰極、OC門驅(qū)動(dòng)。采用7407芯片對陰極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，配合P2口約2 mA的灌電流，亮度較高。
    打印機(jī)選用MP-16智能微型打印機(jī)，機(jī)芯為Model-150-II16行針打，控制方式采用定時(shí)打印式，設(shè)一個(gè)按鍵接到外部中斷引腳上，何時(shí)打印受操作人員控制，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。由于油溫變化較為緩慢，采用定時(shí)打印就能夠滿足實(shí)時(shí)性要求，定時(shí)間隔可根據(jù)需要設(shè)置。
2．4 報(bào)警裝置
    蜂鳴器采用壓電式蜂鳴器。其主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。外殼上還裝有發(fā)光二極管，當(dāng)溫度超出油溫上限時(shí)單片機(jī)P3．5口直接輸出信號經(jīng)放大電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，并發(fā)出光亮，引起值班人員注意。報(bào)警裝置驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

2．5 通信接口
    外圍設(shè)備采用RS 232C標(biāo)準(zhǔn)，與上位機(jī)連接十分方便。接口芯片選用MAXIM公司的MAX232芯片，片內(nèi)含兩個(gè)發(fā)送器、兩個(gè)接收器和自升壓的電平倍增電路，可實(shí)現(xiàn)TTL／RS 232C電平轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能。

3 軟件部分
    軟件部分由主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、鍵盤控制子程序和定時(shí)打印子程序組成。
3．1 主程序
    完成一系列SFR的初始化，包括中斷允許控制寄存器IE、中斷優(yōu)先級控制寄存器IP、B寄存器、堆棧指針SP、定時(shí)／計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD、定時(shí)／計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON、定時(shí)／計(jì)數(shù)器0寄存器TH0、TL0等。主程序框圖如圖3所示。

3．2 數(shù)據(jù)處理子程序
    采用中斷方式對ADC進(jìn)行控制，當(dāng)EOC引腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)產(chǎn)生中斷，在中斷處理程序中分時(shí)讀入個(gè)、十位及標(biāo)志位，并對讀入數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理，如七段譯碼、越限判斷等。數(shù)據(jù)處理子程序框圖如圖4所示。
3．3 鍵盤控制子程序
    采用中斷與查詢相結(jié)合的控制方式，加1和減1連到外部中斷1輸入引腳，在中斷處理程序中查詢按下的是哪個(gè)鍵并轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理子程序然后再對加1和減1鍵進(jìn)行查詢。再根據(jù)查詢結(jié)果對存于RAM中的上限作相應(yīng)改變，設(shè)置完成后還要判斷上限是否在規(guī)定范圍內(nèi)。如果超時(shí)沒有鍵按下，則自動(dòng)返回主程序。鍵盤控制子程序框圖如圖5所示。

3．4 定時(shí)打印子程序
    通過TH0、TL0和B寄存器來實(shí)現(xiàn)定時(shí)打印，定時(shí)中斷產(chǎn)生后先判斷B寄存器是否為零，若不為零則返回主程序，若為零則說明定時(shí)到，轉(zhuǎn)入查詢打印機(jī)是否空閑，若空閑則將數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，然后產(chǎn)生選通脈沖，啟動(dòng)打印機(jī)。定時(shí)打印子程序框圖如圖6所示。

4 結(jié)語
    該智能油溫檢測報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用取代了傳統(tǒng)人工監(jiān)視液壓系統(tǒng)油溫，解決了影響液壓系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行過程中穩(wěn)定性的問題，有效提高了液壓系統(tǒng)連續(xù)工作可靠性，對設(shè)備起到了保護(hù)的作用，節(jié)約了設(shè)備使用成本，提高設(shè)備使用效率，并有效減少設(shè)備損耗，具有可靠性高、成本低廉，維護(hù)使用簡便等特點(diǎn)，完全具備了直接應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)的能力。