基于DSP的温度采集记录仪的设计

引言

　　自从20世纪70年代能源危机爆发以来，人们便逐渐意识到世界上的能源并不是取之不尽，用之不竭的。因此，如何应用科学的方法，结合生产实践，设计出低耗能、高产出、高效率的产品，已成为从业人员研究的重点。本文针对具体情况，给出了对冶金加热炉炉温控制系统进行温度检测和记录的系统设计方法，以便为改善设备的性能提供数据依据，提高能源的利用率，减少产品的生产成本。

　　1 检测系统的组成和功能

　　1．1 主要组成

　　本检测仪以DSP(TMS320LF2407A)作为系统的微控制器来实现系统信号的采集、通信、人机接口和检测数据的存贮(掉电不丢失)等功能。本检测仪的最大特点是可以实现系统的自动信号采集并存贮数据，其中每个数据都有自己的时间标签，可供使用者随时查询和统计数据。

　　图1所示是该温度监测仪的功能结构框图。图中，该温度监测仪划分为微控制器部分、人机接口、温度传感器信号处理电路、存贮器、实时时钟和通信部分。

　　1．2 主要功能

　　为了适应温控系统工作时间长，系统惯性大，无人值守等特点。本自动监控记录仪系统具有以下功能：

　　首先是能精确检测8路温度值，并可对检测值进行自动修正；监测仪采用的TMS320LF2407A控制芯片具有丰富的内部资源，其中所具有16通道lO位AD转换通道，可大大简化系统对外部硬件的扩展，提高系统的集成度和可靠性；

　　其次，本检测仪具有实时时钟记录和数据存储功能。系统采用美信公司的实时时钟芯片，可为系统的检测数据提供时间标签。系统定时采集数据后会附加时钟标志，然后存贮在存储器中，以方便以后的随时调出和查阅。

　　第三，本检测仪具有良好的人机接口。本系统的人机接口采用了键盘和液晶显示，可完成按键的输入，各手动功能的检测，各项检测数据的显示以及与PC机的通信等。

　　最后就是与上位PC机的通信功能。本检测仪通过RS485通信方式与上位机进行必要的通信。当上位机需要调用某些数据时，检测仪将定位该数据并立刻上传。同时通信方式也为实现DCS系统的控制提供了可能，它可由多台检测仪和一台工控机实现DCS控制网络。

　　2 主要硬件设计

　　2．1 A／D前端信号调理电路

　　因为从热电耦过来的信号为0～5 V的电压信号，而DSP的A／D采样信号范围只能在0～3．3 V之间。所以，在输入到DSP的A／D电路之前必须经过信号调理，其调理电路如图2所示。图中，运算放大器Ul构成电压跟随器，可提高信号的驱动能力和精度。R1，R2可组成简单的电阻分压网络。其中二极管D1和D2的作用是对DSP的MD进行输入电压的限幅钳位保护。当输入A／D采样电压高于3．3 V时，二极管D1导通，而使输入电压始终不得高于3．3 V，同样的，当低于OV时，二极管D2导通，其输入电压也始终不得低于O V，从而将输入到AD的电压限制在被允许的范围之内。

　　2．2 实时时钟接口电路

　　为了使检测仪能自动地记录数据。并提供数据的采集时间以供使用者参考。本系统采用美信公司生产的新型实时时钟芯片M14ST95Y／W，并采用SPI通信协议方式，来减少对系统的端口资源占用，SPI通信只占用系统的SCL、SDI、SDO、片选功能E端以及定时中断信号IRQ。表l所列是M14ST95Y／W的引脚功能，图3为其引脚排列图，M14ST95Y／W内部集成有时钟晶振。同时具有低电压保护功能的电压比较器，当系统供电电压处于低压状态(内部集成1．25V电压比较器)时，系统会自动转入后备电源供电，并在此状态下启动写保护功能，以防止控制器在欠电压运行状态下对实时时钟的错误修改。此外，该芯片还具有看门狗实时复位电路。所以，这款实时时钟芯片资源丰富，功能强大，所需外部分立元件少，可以提高系统的可靠性。

　　本检测仪中的DSP与实时时钟芯片的连接图如图4所示。