基于DSP的溫度采集記錄儀的設計

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，結合生產實踐，設計出低耗能、高產出、高效率的產品，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進行溫度檢測和記錄的系統設計方法，以便為改善設備的性能提供數據依據，提高能源的利用率，減少產品的生產成本。

　　1 檢測系統的組成和功能

　　1．1 主要組成

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

　　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

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

　　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，可大大簡化系統對外部硬件的擴展，提高系統的集成度和可靠性；

　　其次，本檢測儀具有實時時鐘記錄和數據存儲功能。系統采用美信公司的實時時鐘芯片，可為系統的檢測數據提供時間標簽。系統定時采集數據后會附加時鐘標志，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，各項檢測數據的顯示以及與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據時，檢測儀將定位該數據并立刻上傳。同時通信方式也為實現DCS系統的控制提供了可能，它可由多臺檢測儀和一臺工控機實現DCS控制網絡。

　　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，當低于OV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據。并提供數據的采集時間以供使用者參考。本系統采用美信公司生產的新型實時時鐘芯片M14ST95Y／W，并采用SPI通信協議方式，來減少對系統的端口資源占用，SPI通信只占用系統的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。