摘要：為了提高產(chǎn)品熱處理爐的爐溫均勻性和穩(wěn)定性控制性能,，通常要按照爐溫均勻性的檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱處理爐的爐溫均勻程度進(jìn)行測(cè)定和記錄。為此,，文中給出了以DSP為基礎(chǔ),，并通過(guò)具有時(shí)間標(biāo)簽的溫度監(jiān)控記錄儀來(lái)對(duì)爐溫進(jìn)行測(cè)量與記錄的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)該方法還可將具體的檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄在FLASH閃存中以備后用,。
自從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)爆發(fā)以來(lái),，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(duì)具體情況，給出了對(duì)冶金加熱爐爐溫控制系統(tǒng)進(jìn)行溫度檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)的組成和功能
1．1 主要組成
本檢測(cè)儀以DSP(TMS320LF2407A)作為系統(tǒng)的微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信號(hào)的采集,、通信、人機(jī)接口和檢測(cè)數(shù)據(jù)的存貯(掉電不丟失)等功能,。本檢測(cè)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(cè)儀的功能結(jié)構(gòu)框圖,。圖中，該溫度監(jiān)測(cè)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(zhǎng)，系統(tǒng)慣性大,，無(wú)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(cè)8路溫度值，并可對(duì)檢測(cè)值進(jìn)行自動(dòng)修正,；監(jiān)測(cè)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(jiǎn)化系統(tǒng)對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(pán)和液晶顯示，可完成按鍵的輸入,，各手動(dòng)功能的檢測(cè),，各項(xiàng)檢測(cè)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(cè)儀通過(guò)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(cè)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(cè)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^(guò)來(lái)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(guò)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(jiǎn)單的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。其中二極管D1和D2的作用是對(duì)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(cè)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(lái)減少對(duì)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(xiě)保護(hù)功能,，以防止控制器在欠電壓運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的錯(cuò)誤修改,。此外，該芯片還具有看門(mén)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(cè)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(xiě),、低功耗,、大容量、擦寫(xiě)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(wèn)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(pán)所需不多，故采用普通的矩陣掃描式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu),。由于其硬件實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單,，因此，在此就不列出詳細(xì)的電路了,。
3 檢測(cè)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(cè)(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(pán)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(cè)儀的關(guān)鍵功能程序，主要完成對(duì)各個(gè)檢測(cè)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(yǔ)
該檢測(cè)記錄儀經(jīng)測(cè)試證明,，能自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)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(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品熱處理過(guò)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,。