基于MCS_51單片機的工業(yè)屏柜散熱方案設(shè)計

  摘要： 從單片機系統(tǒng)設(shè)計入手， 采用MCS-51芯片并通過AD轉(zhuǎn)換來對溫度信號進行采集，然后經(jīng)過一系列軟硬件設(shè)計， 給出了對溫度進行控制的實現(xiàn)方法， 同時對系統(tǒng)的散熱過程進行了分析。

0 引言

電子電氣元件， 尤其是大規(guī)模集成電路因發(fā)熱而產(chǎn)生的問題一直難于解決。而工業(yè)屏柜作為一種集成有多種電子設(shè)備的工業(yè)產(chǎn)品， 其溫度的升高常常導(dǎo)致其內(nèi)部的微電子元件(如PN節(jié)) 發(fā)生溫度漂移而使得各種參數(shù)發(fā)生改變， 從而導(dǎo)致程序運行混亂而失去其原有的功能， 或與其原有的功能偏差過大而導(dǎo)致故障。在工業(yè)控制設(shè)備的計數(shù)系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)、數(shù)控液晶顯示模塊、溫度控制單元的模塊、各類傳感器、變頻器中的IGBT模塊和數(shù)控及報警顯示等設(shè)備中， 都會存在因過熱而導(dǎo)致的設(shè)備過熱報警或故障。

針對此問題， 可以為工業(yè)屏柜車設(shè)計散熱節(jié)能方案， 以對工業(yè)屏溫度進行實時監(jiān)控， 使其能夠及時作出響應(yīng)并進行散熱， 而在沒有過熱的狀態(tài)下僅處于監(jiān)控狀態(tài)， 這樣就可達到散熱和節(jié)能的雙重目的。

1 系統(tǒng)功能特點

工業(yè)屏柜長時間運行時， 特別是環(huán)境溫度較高的氣候條件下運行時， 可能會因過熱而停機，造成無法正常運行， 進而造成嚴重的生產(chǎn)損失。

因此， 本文引入了一種單片機實時溫度測控方案。該方案可對工業(yè)屏的溫度進行實時監(jiān)測， 一旦發(fā)生過熱， 馬上對其采用適當?shù)慕禍厣岽胧?使其溫度被控制在規(guī)定的安全范圍之內(nèi)， 從而保證其正常運行。

圖1所示是該工業(yè)屏散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

工業(yè)屏柜散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1 工業(yè)屏柜散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本方案中采用的散熱系統(tǒng)是由熱電偶溫度傳感器來負責采集工業(yè)屏柜的溫度信號， 然后通過電路中的信號器對采集到的溫度信號進行放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換， 最后輸入到MCS-51系列的8031單片機中對信號進行處理。處理后的結(jié)果主要有兩方面用途， 其一是要將溫度數(shù)值傳送到LED數(shù)碼顯示管中進行顯示； 另一方面是根據(jù)要求將溫度數(shù)值與安全界限溫度進行對比： 若其溫度高于安全界限溫度， 單片機則會發(fā)出指令以開啟散熱風(fēng)扇對工業(yè)屏柜進行降溫； 當溫度低于安全界限溫度時， 單片機則會發(fā)出指令立即關(guān)閉散熱風(fēng)扇。這樣， 既可保證工業(yè)屏溫度處于安全狀態(tài)的， 同時又非常節(jié)能， 而且也大大降低了系統(tǒng)能耗。[!--empirenews.page--]

2.1 溫度測量電路

本系統(tǒng)采用的熱電偶溫度傳感器是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一， 由于該溫度檢測元器具有測量精度高、測量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點， 所以， 本系統(tǒng)以熱電偶溫度傳感器來監(jiān)測工業(yè)屏柜的溫度變化。其工作原理是在確定電極材料之后， 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來， 以構(gòu)成一個閉合回路。這樣，當導(dǎo)體A和B之間存在溫差時， 兩者之間便產(chǎn)生電動勢， 從而在回路中形成一個具有一定大小的電流， 這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。由熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動勢只與工作端溫度成單值函數(shù)關(guān)系， 結(jié)合這一關(guān)系， 本文設(shè)計了一種熱電偶溫度測量的方案。其原理圖如圖2所示。

熱電偶溫度測量電路

圖2 熱電偶溫度測量電路。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

本設(shè)計采用8位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0804來對信號進行轉(zhuǎn)換， 并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入芯片進行處理， 最終將溫度數(shù)值傳送至顯示屏進行顯示，其原理電路如圖3所示。

A/D轉(zhuǎn)換電路

圖3 A/D轉(zhuǎn)換電路。
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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)從模塊化軟件設(shè)計理論出發(fā)， 將軟件系統(tǒng)分成了幾個子模塊， 這樣可以增強各個模塊的可操作性， 便于進行改進和維護， 同時調(diào)用調(diào)試起來也比較容易。本系統(tǒng)軟件主要分為三個模塊， 包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、溫度顯示， 圖4所示是其軟件設(shè)計框圖。

軟件設(shè)計框圖

圖4 軟件設(shè)計框圖。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種用單片機結(jié)合熱電偶溫度傳感器來實現(xiàn)工業(yè)屏柜溫度實時監(jiān)測和控制的散熱方案和實現(xiàn)方法。該方法在實際操作過程中具有較高的測量精度， 而且實用性強， 同時節(jié)能減排效果也比較明顯。此外， 本控制系統(tǒng)可以通過改進應(yīng)用到多種需要進行散熱的電器及多種工業(yè)設(shè)備之中。