引言

　　自從20世紀70年代能源危機爆發(fā)以來，人們便逐漸意識到世界上的能源并不是取之不盡，用之不竭的。因此，如何應用科學的方法，結合生產(chǎn)實踐，設計出低耗能、高產(chǎn)出、高效率的產(chǎn)品，已成為從業(yè)人員研究的重點。本文針對具體情況，給出了對冶金加熱爐爐溫控制系統(tǒng)進行溫度檢測和記錄的系統(tǒng)設計方法，以便為改善設備的性能提供數(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 檢測系統(tǒng)的組成和功能

　　1．1 主要組成

　　本檢測儀以DSP(TMS320LF2407A)作為系統(tǒng)的微控制器來實現(xiàn)系統(tǒng)信號的采集、通信、人機接口和檢測數(shù)據(jù)的存貯(掉電不丟失)等功能。本檢測儀的最大特點是可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動信號采集并存貯數(shù)據(jù)，其中每個數(shù)據(jù)都有自己的時間標簽，可供使用者隨時查詢和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

　　圖1所示是該溫度監(jiān)測儀的功能結構框圖。圖中，該溫度監(jiān)測儀劃分為微控制器部分、人機接口、溫度傳感器信號處理電路、存貯器、實時時鐘和通信部分。

　　1．2 主要功能

　　為了適應溫控系統(tǒng)工作時間長，系統(tǒng)慣性大，無人值守等特點。本自動監(jiān)控記錄儀系統(tǒng)具有以下功能：

　　首先是能精確檢測8路溫度值，并可對檢測值進行自動修正；監(jiān)測儀采用的TMS320LF2407A控制芯片具有豐富的內部資源，其中所具有16通道lO位AD轉換通道，可大大簡化系統(tǒng)對外部硬件的擴展，提高系統(tǒng)的集成度和可靠性；

　　其次，本檢測儀具有實時時鐘記錄和數(shù)據(jù)存儲功能。系統(tǒng)采用美信公司的實時時鐘芯片，可為系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)提供時間標簽。系統(tǒng)定時采集數(shù)據(jù)后會附加時鐘標志，然后存貯在存儲器中，以方便以后的隨時調出和查閱。

　　第三，本檢測儀具有良好的人機接口。本系統(tǒng)的人機接口采用了鍵盤和液晶顯示，可完成按鍵的輸入，各手動功能的檢測，各項檢測數(shù)據(jù)的顯示以及與PC機的通信等。

　　最后就是與上位PC機的通信功能。本檢測儀通過RS485通信方式與上位機進行必要的通信。當上位機需要調用某些數(shù)據(jù)時，檢測儀將定位該數(shù)據(jù)并立刻上傳。同時通信方式也為實現(xiàn)DCS系統(tǒng)的控制提供了可能，它可由多臺檢測儀和一臺工控機實現(xiàn)DCS控制網(wǎng)絡。

　　2 主要硬件設計

　　2．1 A／D前端信號調理電路

　　因為從熱電耦過來的信號為0～5 V的電壓信號，而DSP的A／D采樣信號范圍只能在0～3．3 V之間。所以，在輸入到DSP的A／D電路之前必須經(jīng)過信號調理，其調理電路如圖2所示。圖中，運算放大器Ul構成電壓跟隨器，可提高信號的驅動能力和精度。R1，R2可組成簡單的電阻分壓網(wǎng)絡。其中二極管D1和D2的作用是對DSP的MD進行輸入電壓的限幅鉗位保護。當輸入A／D采樣電壓高于3．3 V時，二極管D1導通，而使輸入電壓始終不得高于3．3 V，同樣的，當?shù)陀贠V時，二極管D2導通，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。

　　2．2 實時時鐘接口電路

　　為了使檢測儀能自動地記錄數(shù)據(jù)。并提供數(shù)據(jù)的采集時間以供使用者參考。本系統(tǒng)采用美信公司生產(chǎn)的新型實時時鐘芯片M14ST95Y／W，并采用SPI通信協(xié)議方式，來減少對系統(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端以及定時中斷信號IRQ。表l所列是M14ST95Y／W的引腳功能，圖3為其引腳排列圖，M14ST95Y／W內部集成有時鐘晶振。同時具有低電壓保護功能的電壓比較器，當系統(tǒng)供電電壓處于低壓狀態(tài)(內部集成1．25V電壓比較器)時，系統(tǒng)會自動轉入后備電源供電，并在此狀態(tài)下啟動寫保護功能，以防止控制器在欠電壓運行狀態(tài)下對實時時鐘的錯誤修改。此外，該芯片還具有看門狗實時復位電路。所以，這款實時時鐘芯片資源豐富，功能強大，所需外部分立元件少，可以提高系統(tǒng)的可靠性。

　　本檢測儀中的DSP與實時時鐘芯片的連接圖如圖4所示。