基于單片機(jī)的軸類零件溫度測量系統(tǒng)設(shè)計

一、 前言

　　零件在加工過程中由于受各種熱的影響而產(chǎn)生變形， 從而導(dǎo)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(jìn)行較準(zhǔn)確測量的系統(tǒng)組成，系統(tǒng)由單片機(jī)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(dá)到快速響應(yīng)。在實際使用中，把它粘貼在弧形的磁鐵內(nèi)側(cè)，在進(jìn)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(jìn)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(diào)電流，高共模抑制比的特點，其增益可以在0.1-1000范圍內(nèi)調(diào)整，增益的調(diào)整不需要精密的外接電阻，各種增益參數(shù)已進(jìn)行了內(nèi)部補(bǔ)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(diào)零端，可外接10KΩ電阻，負(fù)電源調(diào)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(bǔ)償功能，單片機(jī)工作時先使輸入端接地，經(jīng)過測量放大電路、A/D和接口電路送到單片機(jī)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(jī)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(nèi)部帶有一個10位A/D轉(zhuǎn)換器，故硬件電路省略了A/D轉(zhuǎn)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(jī)首先進(jìn)行初始化，程序的初始狀態(tài)設(shè)置為運行狀態(tài)，除剛通電進(jìn)入運行狀態(tài)外，以后程序須判斷狀態(tài)標(biāo)志位，根據(jù)判斷結(jié)果程序進(jìn)入編程或運行狀態(tài)。在運行狀態(tài)下無法對參數(shù)進(jìn)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(jìn)行測量，剛進(jìn)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(shè)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(jī)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(yīng)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(guān)閉狀態(tài)，同時，段選線上輸出相應(yīng)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(jié)束語

　　系統(tǒng)設(shè)計采用了較為先進(jìn)的設(shè)計方案，提高了數(shù)字化程度，可以取代熱電耦來進(jìn)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。