具有紅外保護的溫度自動控制系統(tǒng)設計

黃家偉

摘 要 隨著科學技術的發(fā)展，為提高社會生產力，進而進行更科學合理的生產，使得紅外保護的自動控制系統(tǒng)進入人類的視線。當今時代的電子產品種類多，但普遍存在質量差的問題，研發(fā)一種新的、準確的溫度控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。電子行業(yè)的迅速發(fā)展，計算機對人們的作用已經不可替代，能準確實現(xiàn)控制溫度的效果，這樣的系統(tǒng)準確率高，成本降低，能實現(xiàn)電子化操作，操作更為簡潔便利，產品的優(yōu)勢也就凸顯出來。本文通過提出溫度自動控制系統(tǒng)的理論原理，為將來的實踐工作提供理論基礎，具有重要的實踐意義。

【關鍵詞】紅外保護 溫度自動控制 系統(tǒng)設計

1 溫度自動控制系統(tǒng)介紹

溫度自動控制系統(tǒng)是可以節(jié)省人財物力，且方便實用的自動控制系統(tǒng)，能及時根據室內外溫度的細微變化做出反應，反應程度與該系統(tǒng)的溫度顯示器相連，準確可行。目前，溫度自動控制系統(tǒng)有單表顯示與多表顯示兩種，單表顯示器功能單一，控制簡單易行，且智能化較低，多表顯示器功能更齊全，智能化程度高，能適應飛速發(fā)展的技術水平的要求。在電子產品密集發(fā)展的大背景下，電子產品的溫度性能不穩(wěn)定成為普遍現(xiàn)象，這就對溫度自動控制系統(tǒng)提出了更高更優(yōu)的發(fā)展要求。配合單片計算機系統(tǒng)，從產品外圍設計到內部元器件的選擇都要嚴格遵守溫度控制系統(tǒng)的要求，最終實現(xiàn)對系統(tǒng)的核心部分進行自動控制。溫度自動控制系統(tǒng)采取的元器件都是普通易得的，這便大大降低了產品維修的難度和成本，節(jié)省了維修經費。總的來說，溫度自動控制系統(tǒng)是一個簡單的、可靠的、推廣范圍廣、極受歡迎的應用系統(tǒng)，可以便捷生產，造福人們生活。

2 具有紅外保護的溫度控制系統(tǒng)工作原理

自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復合控制，溫度自動控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有信息反饋的功能。反饋控制是集負反饋和反饋的信息差進行中反饋的控制系統(tǒng)，控制過程閉合。紅外線保護具有人體檢測的功能，紅外保護是借助溫度的變化從而實現(xiàn)對人體的保護功能，當人進入該系統(tǒng)裝置的控制范圍，該裝置會接收到大于設定值的紅外線，由此會導致系統(tǒng)發(fā)出安全警報。紅外保護的系統(tǒng)對紅外線十分敏感，一旦接收到特殊紅外線，系統(tǒng)便會處于報警狀態(tài)，從而保護系統(tǒng)內的人和物。例如烤爐的溫度自動控制系統(tǒng)，根據烤爐自身的溫度和給定的溫度達到理想的溫度，一組溫度差在烤爐的電源接通后，電爐就會迅速加熱供給熱能，并且能在加熱過程中改變熱能傳輸?shù)乃俣扰c能量的大小，達到規(guī)定的溫度時，紅外線大于輸入界限便會發(fā)出警報，烤爐便會降低熱能的釋放，顯示保溫狀態(tài)。

3 具有紅外保護的溫度控制系統(tǒng)設計

通過對該系統(tǒng)的技術分析可知該系統(tǒng)采用部分拼接為整體的方法，按照各個部分功能的不同來設計不同的部分，大致分為電源、數(shù)據采集部分、信號轉換、紅外人體檢測、中央控制等部分。

3.1 電源設計

對于系統(tǒng)來說，系統(tǒng)電源的選擇對該保護系統(tǒng)至關重要，系統(tǒng)電源設計是整個系統(tǒng)運轉的根本，系統(tǒng)運轉的基本條件是對外部環(huán)境的基本供電。電路的基本設計是把交流電變成直流電，主要運用二極管的單向導電性、電阻與可變電阻、電容器這些基本元件，從而達到系統(tǒng)設計對超長蓄能電源的要求。

3.2 數(shù)據采集設計

對其數(shù)據的主程序進行分析可知，先對采集進行其數(shù)據分析，進行開始的程序使其單片機初始化，而后進行中斷禁止以設置0端入口使其電路進行保護狀態(tài)。而后對電路設計成#60H的寄存器的數(shù)據存儲器設計其初始值。使得其spi的總線保持其初始化，接著通過利用AD7706的時鐘寄存器以保持轉換速率為一定的值。先對其控制寄存器零校正，以達到對控制寄存器的滿度設置，從而達到對數(shù)據的采集處理，而后記錄并存儲數(shù)據。

3.3 信號轉換設計

通過現(xiàn)有的技術資料可知，使用LM35電路可以將溫度信號通過電壓的形式傳達出來，對其電路的輸出電壓應當在負500到正1500毫伏之間，而且使其電壓與溫度呈現(xiàn)其線性相關的關系。要點亮發(fā)光二極管， 但是LM35有一定的缺陷，LM35輸入端的提供電壓與其輸出電壓遠遠沒有達到其額定的電壓，所以根據此問題需要放大其輸出信號。選擇正確的放大電路對信號轉換至關重要。選擇共射放大電路中的共基極電路使其用最小的功率獲得放大電壓。

3.4 紅外人體檢測設計

在人們生產生活這一領域中，被動式熱釋電紅外探測器具有較多的優(yōu)勢之處，如價格低廉、性能高且穩(wěn)定，這使得紅外保護系統(tǒng)運用廣泛，這種溫度保護基于人體溫度37.3-37.6的基礎上，人體這一溫度會發(fā)射出特定的波長約為10um的紅外線，檢測系統(tǒng)靠檢測這一特定的波長與已知波長進行對比而工作。菲尼爾濾光片采集人體特定的10um左右的波長聚集至紅外檢測感應源上，這一感應源大多數(shù)采用熱釋電原件，在接受到人體發(fā)射的特定波長以后會導致電荷失去原有的平衡，而打破這一平衡以后，這一原件會及時應答，向外部環(huán)境釋放電荷，刺激后續(xù)的電路。在電路中的檢測加工處理后就會產生報警信號，這一保護系統(tǒng)的保護安全性較高，且作用較為穩(wěn)定，有利于安全系統(tǒng)保障人體的安全。紅外保護系統(tǒng)基于菲尼爾濾光片的適用環(huán)境多的基礎上，可以實現(xiàn)不同場合的監(jiān)控，應用較為廣泛。

3.5 中央控制設計

中央控制系統(tǒng)采用AT89C51，是整個系統(tǒng)的核心，作為主要控制系統(tǒng)，它控制其他部分完成整個系統(tǒng)的正常運轉。該芯片由美國Atmel公司生產，采用Flash儲存、Dip封裝，是目前世界上最普及的單片機，該單片機的工作范圍為2.7-6v，頻率為0Hz-24mHz，比其他單片機具有靈活性，工作適應性也較為廣泛。設計該系統(tǒng)必須選用安全等級較高的加密手段，這樣才能保證重要的系統(tǒng)信息在工作時不被盜取或停止工作的異常狀態(tài)，該單片機的數(shù)據總結口是三態(tài)雙向口，直接用于對外部儲存器的操作。通過此中央控制設計，使得紅外線溫度控制系統(tǒng)具有更加高效、快捷的功能。

4 具有紅外保護的溫度控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點

紅外保護的溫度控制系統(tǒng)具有自動、便捷的特點，運用在生活中能提高人們的生活品質，運用在生產中能節(jié)省人財物力，并提高產品質量，多表顯示系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的控制精度，多表顯示的控制系統(tǒng)專業(yè)化總體提高。由于增加了系統(tǒng)的設計復雜性使其專業(yè)化程度較高要求其生產勞動力的要求大大提高，也為產品的后續(xù)維修帶來了麻煩。閉環(huán)系統(tǒng)本身具有很強的抗干擾能力，除了系統(tǒng)的輸入值，中央處理器不會對其他數(shù)據進行多余的處理，超強的抗干擾能力能在很大程度上增強電阻器顯示表數(shù)據的準確性。參數(shù)是溫度自動控制系統(tǒng)中最關鍵的要素，而具有紅外保護的溫度控制系統(tǒng)由于對參數(shù)變化不敏感，有利于該閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小系統(tǒng)崩塌的可能性。該溫度自動控制系統(tǒng)，通過中央處理器能有效地記錄溫度的輸入值和輸出值，能模擬出動態(tài)的變化情況，更直觀的顯示溫度的變化趨勢。而正是由于這些優(yōu)點也造就了閉環(huán)系統(tǒng)中參數(shù)的片面問題，參數(shù)是系統(tǒng)運行的前提，參數(shù)的選取至關重要，一旦參數(shù)選擇不準確或錯誤，系統(tǒng)便可能會面臨崩潰，造成嚴重的損失。而動態(tài)變化也提高了該溫度自動控制系統(tǒng)的控制精度。具有紅外保護的溫度自動控制系統(tǒng)在紅外線不存在時便無法對該自動控制系統(tǒng)進行保護，無法保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5 總結

現(xiàn)代世界朝著電子化轉型，生產出一款自主制造的自動化控制系統(tǒng)就顯得十分重要。在硬件的運用上，這款產品采用了通用型的標準，實現(xiàn)維修簡便，操作簡單等目標，使得產品的運用更為簡單。AT89C51單片機，在軟件上充分利用其功能強大的特點，實現(xiàn)對信息處理的準確把控，有利于降低操作人員的困難程度，趨于便利化，以至于提高生產效率，且對于溫度有較高的準確測控，提高實際生產效率。該設計也存在一些不足之處，但不失于是一個很好的推廣辦法，其高性價比大大節(jié)省了勞動力的投入，具有重要的理論意義。

參考文獻

[1]陳挺.PLC紅外保護在變壓器冷卻系統(tǒng)改造中的應用[D].中國石油大學，2015.

[2]吳慎芳.基于PLC的大型溫度控制裝置的研究[D].山東科技大學，2011.

[3]冷志國.溫度自動控制系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱理工大學，2014.

[4]朱旻，湯永凈.紅外保護的醫(yī)療設備的研究[J].地下空間與工程學報，2010（06）.

[5]黃欣，楊永富.電氣雙控光電開關電路--介紹一種紅外保護安全保護裝置[J].電子技術應用，2015（02）.

作者單位

山東巨野縣第一中學 山東省巨野縣 274900