由80C552單片機構成的軸類零件溫度測量系統(tǒng)
摘 要:給出了軸類零件溫度傳感器的組成及測量原理,設計了信號放大及采樣接口電路,對系統(tǒng)的硬件、軟件組成進行了分析。
關鍵詞:溫度測量;單片機。
一、 前言
零件在加工過程中由于受各種熱的影響而產生變形, 從而導致原有的加工精度遭到破壞或直接引起加工誤差。對于精密加工而言,熱變形的影響尤為顯著,由此而引起的加工誤差約占總加工誤差的40%以上。本文給出一種對軸類零件的溫度進行較準確測量的系統(tǒng)組成,系統(tǒng)由單片機80C552為控制核心,簡單可靠,精度高。同時能計算出在不同溫度下軸的熱變形量。
二、 傳感器組成及接口電路
1.傳感器組成
傳感器采用Pt溫度傳感器,如圖1所示。
圖1 Pt溫度傳感器
這種傳感器是由一個直徑為30 微米的鉑絲繞成的線圈被夾在兩層聚酰亞胺箔片之間,通過兩條鎳帶與外界連接,其厚度只有0.3mm厚,易用于曲面的溫度測量,熱損失極少,測量面積較大,達到快速響應。在實際使用中,把它粘貼在弧形的磁鐵內側,在進行溫度測量時,將磁鐵吸附在軸上即可使用,方便快捷。如下圖2所示:
圖2 測量軸的溫度傳感器組成
2.接口電路
從溫度傳感器送來的信號進入放大器,放大器采用AD521 集成測量放大器,這種放大器具有高輸入阻抗,低失調電流,高共模抑制比的特點,其增益可以在0.1-1000范圍內調整,增益的調整不需要精密的外接電阻,各種增益參數(shù)已進行了內部補償。它能很好的抑制由工頻、靜電和電磁耦合等引起的共模干擾和電源電壓噪聲,其放大電路原理如圖3所示。
圖3 信號放大電路原理圖
其中4 腳和6腳為外接調零端,可外接10KΩ電阻,負電源調零,14和2腳為外接增益電阻,10和13腳為外接反饋電阻。系統(tǒng)具有零點誤差補償功能,單片機工作時先使輸入端接地,經過測量放大電路、A/D和接口電路送到單片機的非零數(shù)據(jù)就是零點誤差。并把獲取的零點誤差保存起來,然后再把每次采集數(shù)據(jù)與零點誤差的差值作為有效采樣值,消除系統(tǒng)的零點誤差。
三、系統(tǒng)組成及測量原理
系統(tǒng)硬件電氣原理如圖4所示
圖4 系統(tǒng)組成原理圖
系統(tǒng)的硬件部分主要由前端輸入電路、人機界面電路、CPU及外圍電路組成。所需要的元器件有:CPU采用PHILIPS 80C552、EPROM為2764、傳感器采用PT溫度傳感器(精度等級為0.5級,測量范圍-80℃--+180℃)、AD521測量放大器、4片數(shù)碼管、4x4鍵盤。
CPU 采用PHLIPS80C552,其引腳排布有兩種方式,一種是68引腳的PLCC封裝,另一種是80引腳的QFP80封裝。這里采用第一種排布方式的片子。由于80C552內部帶有一個10位A/D轉換器,故硬件電路省略了A/D轉換器,而且還可以能獲得更高的分辨率。
系統(tǒng)程序主要包括兩部分,一是系統(tǒng)監(jiān)控管理程序,另一部分是采樣測量程序。
單片機首先進行初始化,程序的初始狀態(tài)設置為運行狀態(tài),除剛通電進入運行狀態(tài)外,以后程序須判斷狀態(tài)標志位,根據(jù)判斷結果程序進入編程或運行狀態(tài)。在運行狀態(tài)下無法對參數(shù)進行編輯,只能讀出參數(shù),巡回檢測輸入信號并顯示出溫度值,通過按鍵操作,顯示出所測軸的伸縮量。在編輯參數(shù)的狀態(tài)下系統(tǒng)不進行測量,剛進入編程狀態(tài)時要求輸入編程允許的密碼,在輸入密碼正確的前提下,可以通過鍵操作設定或修改參數(shù),并將參數(shù)存入CPU。
鍵盤為4X4 行列矩陣,可以配置16個按鍵。4位LED顯示器用于顯示溫度值,小數(shù)點放在倒數(shù)第一位前。為了節(jié)約單片機I/O口硬件資源及時間資源,簡化電路,LED 顯示器采用動態(tài)顯示方式。其中段選線占用一個8位的I/O口,即P4口,而位選線占用一個4位的I/O口,即P3.4—P3.7口。由于各位的段選線是并聯(lián)的,段選碼的輸出對各位來說是相同的。若要各位LED能夠顯示出與本位相應的顯示字符,就必須采用掃描顯示方式,即在某一時刻,只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài),而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài),同時,段選線上輸出相應位要顯示字符的字型碼。即在某一時刻,4位LED中只有選通的那一位顯示字符,而其他 3位是熄滅的。
四、結束語
系統(tǒng)設計采用了較為先進的設計方案,提高了數(shù)字化程度,可以取代熱電耦來進行溫度檢測,保證了系統(tǒng)檢測的可靠性和穩(wěn)定性。選用其他類型的傳感器,可以實現(xiàn)對不同零件的溫度測量,具有良好的前景。