專(zhuān)利名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)和多路模擬開(kāi)關(guān)控制的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高低溫循環(huán)設(shè)備，具體地說(shuō)，是一種適用于在溫度循環(huán)過(guò)程中，要求高溫限T1不超過(guò)100℃，低溫限T2在-100℃以下，具有良好穩(wěn)定性和可操作性的設(shè)備。
背景技術(shù)：
“寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備”(中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00410067891.9)，顯示了在星載低溫探測(cè)器的溫度循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中，能夠較好地滿足任務(wù)要求，并且取得了良好的效益。但是，由于設(shè)備的主體功能是基于PC機(jī)和LabVIEW的，在運(yùn)行過(guò)程中不夠穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)遇到程序運(yùn)行終止或者出錯(cuò)的情況，需要非常熟悉設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的專(zhuān)門(mén)維護(hù)人員不斷地維護(hù)，這不但會(huì)造成溫度試驗(yàn)的中斷，而且還會(huì)給操作人員帶來(lái)不便。從設(shè)備的穩(wěn)定性和可操作性方面考慮，必須采用新的技術(shù)方法。
另外，每個(gè)低溫探測(cè)器至少有幾個(gè)光敏元，而傳熱板上可以裝4個(gè)探測(cè)器以上，這樣光敏元數(shù)目至少有數(shù)十個(gè)。在溫度循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)需要對(duì)各個(gè)光敏元的電阻進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，而一般的數(shù)據(jù)采集卡模擬通道往往不夠用，這時(shí)候需要增加模擬通道數(shù)來(lái)滿足試驗(yàn)或者工程任務(wù)的需要。最簡(jiǎn)單有效的方法是在采集卡的外圍加上多路模擬開(kāi)關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，如何克服已有技術(shù)存在工作不夠穩(wěn)定，操作不夠方便，以及數(shù)據(jù)采集卡上模擬開(kāi)關(guān)通道數(shù)不夠用的缺陷，乃是本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，為此，本發(fā)明的目的是提供一種基于單片機(jī)控制和多路模擬開(kāi)關(guān)的寬溫度范圍的高低溫循環(huán)設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下根據(jù)本發(fā)明的一種基于單片機(jī)控制和多路模擬開(kāi)關(guān)的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備，包括步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)傳熱板在高低溫環(huán)境之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使傳熱板上的被測(cè)器件溫度往復(fù)變化，達(dá)到溫度循環(huán)的目的；和將液氮從母缸向子缸輸送的自動(dòng)輸液氮系統(tǒng)；以及一數(shù)據(jù)采集卡，其特點(diǎn)是還有a.一用于控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的單片機(jī)，其設(shè)有中斷端口連接手動(dòng)·自動(dòng)控制模式切換開(kāi)關(guān)K1；設(shè)有手動(dòng)式調(diào)控步進(jìn)馬達(dá)每次運(yùn)動(dòng)的方向和距離的四只端口并相應(yīng)連接四個(gè)開(kāi)關(guān)K2、K3、K4、K5；和由8個(gè)端口連接十進(jìn)制的個(gè)位、十位顯示器及由8個(gè)端口連接數(shù)字鍵盤(pán)而形成人-機(jī)界面；以及接受傳熱板溫度反饋信號(hào)以判定電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、位置；和提供驅(qū)動(dòng)步進(jìn)脈沖的端口；b.一用于控制自動(dòng)輸液氮系統(tǒng)的單片機(jī)，其設(shè)有連接子缸、母缸液位探測(cè)器和運(yùn)輸通路控制繼電器；以及c.連接該數(shù)據(jù)采集卡的擴(kuò)展芯片。
具體地，該控制步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)經(jīng)光耦電路與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端聯(lián)結(jié)；該控制自動(dòng)輸送液氮系統(tǒng)的單片機(jī)，由三個(gè)輸出端口分別經(jīng)固態(tài)繼電器SSR0控制氣壓機(jī)、通過(guò)固態(tài)繼電器SSR1控制電磁閥和通過(guò)固態(tài)繼電器SSR2控制步進(jìn)電機(jī)和自動(dòng)輸液氮模塊的通斷電；以及該經(jīng)擴(kuò)展端口的數(shù)據(jù)采集卡口至少可采集64路模擬信號(hào)；在自動(dòng)輸液氮單片機(jī)的一個(gè)數(shù)字端口設(shè)置電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)，當(dāng)母缸中液氮發(fā)出空缸報(bào)警時(shí)，一直要等到電機(jī)停止運(yùn)行信號(hào)Stm_stop到來(lái)時(shí)，才會(huì)給電機(jī)控制與自動(dòng)輸液模塊斷電。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.穩(wěn)定性好。由于步進(jìn)電機(jī)和自動(dòng)輸液氮采用獨(dú)立的單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了控制模塊和多路信號(hào)(如傳熱板溫度，器件溫度，光敏元電阻)監(jiān)測(cè)模塊的分離，這樣當(dāng)PC機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)設(shè)備中的各個(gè)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，即使LabVIEW程序終止運(yùn)行或者出錯(cuò)，單片機(jī)卻可以獨(dú)立地運(yùn)行，步進(jìn)電機(jī)和自動(dòng)輸液氮照樣能夠正常運(yùn)行，溫度循環(huán)照樣進(jìn)行。
2.可操作性強(qiáng)。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制之間的切換。在設(shè)備最初裝配和設(shè)備異常中斷后，傳熱板的位置失位，需要重新調(diào)節(jié)其位置，這個(gè)時(shí)候可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，讓步進(jìn)電機(jī)按照需要推動(dòng)傳熱板移動(dòng)到合適的位置。而且，這種控制使得設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能夠只根據(jù)傳熱板上反饋回來(lái)的溫度信號(hào)來(lái)改變電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)控制。
3.可移植性強(qiáng)。采用單片機(jī)控制的自動(dòng)輸液氮系統(tǒng)體積小、成本低、方便靈活、具有多用途。原來(lái)采用數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)控制的自動(dòng)輸液氮系統(tǒng)，需要一臺(tái)PC機(jī)，還需要專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)采集卡，成本高，可移植性差。而本發(fā)明則采用單片機(jī)控制的自動(dòng)輸液氮模塊，在不更改硬件電路的情況下，只需程序代碼上稍作改動(dòng)就可以直接用于其它需要自動(dòng)輸液氮的場(chǎng)合。
4.模擬通道數(shù)多。多路開(kāi)關(guān)相當(dāng)于增加了數(shù)據(jù)采集卡模擬通道，使得僅靠一塊數(shù)據(jù)采集卡，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十路以上的信號(hào)監(jiān)測(cè)。


圖1為本發(fā)明中的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)電路原理圖；圖2為本發(fā)明中的溫度比較電路原理圖；圖3為本發(fā)明中的單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖；圖4為本發(fā)明中的單片機(jī)復(fù)位電路圖；圖5為本發(fā)明中的自動(dòng)輸液氮控制原理圖；圖6為本發(fā)明中的液氮子缸液面信號(hào)發(fā)生模塊；圖7為本發(fā)明中的液氮母缸液面信號(hào)發(fā)生模塊；圖8為本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集卡模擬通道擴(kuò)展電路原理圖；圖9為本發(fā)明中的步進(jìn)電機(jī)控制流程圖；圖10為本發(fā)明中的自動(dòng)輸液氮控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1～圖10給出本發(fā)明較好實(shí)施例并作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例包括兩個(gè)部分1.步進(jìn)電機(jī)和自動(dòng)輸液氮的單片機(jī)控制；2.采集卡模擬通道的擴(kuò)展。
具體情況如下甲、關(guān)于本實(shí)施例設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)(一)步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制如圖1所示，單片機(jī)芯片U1的P3.2(INT0中斷)口外接一個(gè)開(kāi)關(guān)K1，用來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的手動(dòng)和自動(dòng)控制切換。端口P3.0、P3.1、P3.6和P3.7分別外接開(kāi)關(guān)K2、K3、K4和K5，用來(lái)設(shè)定電機(jī)每次運(yùn)動(dòng)方向和距離。
傳熱板上的溫度反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)與高低溫限比較后的電平信號(hào)upward和dwnward，通過(guò)異或門(mén)U4A，輸出電平信號(hào)到P1.3，單片機(jī)U1通過(guò)P1.3的電平狀態(tài)來(lái)判斷電機(jī)是否需要運(yùn)動(dòng)，而且反饋信號(hào)upward和dwnward還分別接到P1.6、P1.7端口，用以判斷電機(jī)運(yùn)行的方向。P1.4端口輸出高低電平來(lái)分別控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。P1.5端口用來(lái)輸出步進(jìn)脈沖。P1.0((ledrun)、P1.1(ledbott)和P1.2(ledtop)分別外接LED3、LED2和LED1，當(dāng)LED3～LED1燈亮?xí)r分別用來(lái)顯示電機(jī)運(yùn)行、傳熱板在底端(壓緊加熱臺(tái))和傳熱板在頂端(壓緊液氮子缸)。P0.0～P0.7用來(lái)控制兩個(gè)數(shù)碼顯示管U21和U22，這兩個(gè)數(shù)碼管用來(lái)顯示十位數(shù)和個(gè)位數(shù)。中間是數(shù)碼管的譯碼器U6和U3。P2.0～P2.7用來(lái)外接鍵盤(pán)U9輸入。X1和X2端口外接晶振，給單片機(jī)提供時(shí)鐘。
圖2表示來(lái)自傳熱板的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成正的電壓信號(hào)后，分成兩路V_Ta和V_Tb，通過(guò)比較器U7A跟溫度循環(huán)時(shí)的高溫限T1(對(duì)應(yīng)的電壓Vref_T1)進(jìn)行比較，同時(shí)通過(guò)比較器U8A跟低溫限T2(對(duì)應(yīng)的電壓Vref_T2)進(jìn)行比較，比較后輸出高低電平來(lái)作為電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向的判據(jù)。當(dāng)V_Ta＞Vref_T1，U7A輸出為1，表示傳熱板的溫度高于高溫限T1，；反之，U7A輸出為0，表示傳熱板的溫度低于高溫限T1。當(dāng)V_Tb＜Vref_T2，U8A輸出為1，表示傳熱板的溫度低于低溫限T1；反之，U8A輸出為0，表示傳熱板的溫度高于低溫限T1。U7A和U8A的輸出分別接單片機(jī)U1的P1.6和P1.7。
圖3采用光耦U2D來(lái)提高單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)使得單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器隔離，增加單片機(jī)的抗干擾能力。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)接插件JP6與光耦輸出端相連。單片機(jī)U1的P1.4和P1.5輸出電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)和步進(jìn)脈沖信號(hào)接到光耦U2D的輸入端，經(jīng)過(guò)光耦輸出和接控座JP6接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
圖4為單片機(jī)的復(fù)位電路，通過(guò)專(zhuān)用的復(fù)位芯片U5(即74122)的輸出端口Q接單片機(jī)RST端，按下開(kāi)關(guān)K0，端口Q輸出高電平就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。
(二)自動(dòng)輸液氮的單片機(jī)控制圖5為自動(dòng)輸液氮控制電路的原理圖，采用另一個(gè)單片機(jī)芯片U10來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的自動(dòng)輸液氮控制。圖6為子缸信號(hào)發(fā)生模塊，子缸中低處鉑電阻a和高處鉑電阻b經(jīng)過(guò)電阻/電壓模塊1轉(zhuǎn)換成的正電壓Va和Vb，分別通過(guò)比較器電路2和比較電路3，再跟設(shè)定的子缸空缸電壓信號(hào)V子空以及子缸滿缸電壓信號(hào)V子滿比較后，輸出邏輯電平信號(hào)S_Ta和S_Tb分別接到U10的P1.6和P1.7端口，用來(lái)作為自動(dòng)輸液氮時(shí)電機(jī)和電磁閥如何動(dòng)作的判據(jù)。當(dāng)S_Ta＝1時(shí)，說(shuō)明子缸是空的；反之，S_Ta＝0子缸還有液氮，不是空的。當(dāng)S_Tb＝1時(shí)說(shuō)明子缸是滿的，反之，S_Tb＝0，子缸未滿。圖7為母缸信號(hào)發(fā)生模塊，母缸中鉑電阻c經(jīng)過(guò)電阻/電壓模塊4轉(zhuǎn)換成正電壓信號(hào)Vc，再通過(guò)比較電路5跟設(shè)定的母缸空缸電壓信號(hào)V母空進(jìn)行比較，輸出電平信號(hào)S_Tc接到U10的端口P3.2(INT0中斷)，作為母缸是否空缸的提示信號(hào)，當(dāng)S_Tc＝1時(shí)說(shuō)明母缸不是空的，還有液氮；反之，S_Tc＝0，母缸是空的。
端口P2.0通過(guò)外接固態(tài)繼電器SSR0控制氣壓機(jī)AirPump，端口P2.1通過(guò)外接固態(tài)繼電器SSR1控制電磁閥Valve，端口P2.2通過(guò)外接固態(tài)繼電器SSR2來(lái)控制設(shè)備中電機(jī)和自動(dòng)輸液氮模塊StmNLT的通斷電。
單片機(jī)復(fù)位電路如圖4所示。
(三)數(shù)據(jù)采集卡模擬端口的擴(kuò)展圖8為數(shù)據(jù)采集卡模擬通道擴(kuò)展電路原理圖，U11為數(shù)據(jù)采集卡，U11的數(shù)字端口D8連接U1～U4這4片MAX306多路模擬開(kāi)關(guān)的使能端EN，U11的4個(gè)數(shù)字端口D1～D4對(duì)各片MAX306的模擬輸入通道NO1～NO16依次選通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)64個(gè)通道進(jìn)行切換。數(shù)字端口D5專(zhuān)門(mén)用做傳熱板的溫度信號(hào)通道。
乙、關(guān)于本實(shí)施例的設(shè)備之運(yùn)控(一)步進(jìn)電機(jī)控制過(guò)程結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的控制流程圖7，步驟1000，啟動(dòng)程序100，步驟1001，當(dāng)按鍵K1按下時(shí)，P3.2＝0，單片機(jī)U1響應(yīng)INT0外部中斷，表示需要手動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)。
接下來(lái)，執(zhí)行步驟1002看K2是否按下，如果按下，P3.0＝0，執(zhí)行步驟10021～10027，10053單片機(jī)響應(yīng)INT0中斷，執(zhí)行每次向上運(yùn)動(dòng)0.1mm的電機(jī)運(yùn)動(dòng)模式。然后從鍵盤(pán)上按下十位數(shù)或個(gè)位數(shù)z，確定電機(jī)單次行程的倍數(shù)為z，即電機(jī)要執(zhí)行z次0.1mm的運(yùn)動(dòng)，總共向上運(yùn)行z×0.1mm。然后預(yù)置P1.4＝0，表示電機(jī)運(yùn)行方向設(shè)定為向上。接著，P1.0＝0，LED3燈亮顯示電機(jī)正在運(yùn)行；P1.2＝0，顯示傳熱板在頂端(冷端)的LED1燈亮；P1.1＝1，顯示傳熱板在底端(熱端)的LED2燈滅，表示電機(jī)向上運(yùn)行。單片機(jī)U1的P0.0～P0.7外接數(shù)碼管最初顯示z，然后電機(jī)每運(yùn)行0.1mm，數(shù)碼管的顯示減1。直到數(shù)碼管顯示為0，表示P1.5輸出的步進(jìn)脈沖序列全部結(jié)束。然后P1.0＝1，LED3燈滅，表示電機(jī)運(yùn)行停止。在頂端LED1燈亮，表示傳熱板停在頂端。
如果K2沒(méi)有按下，執(zhí)行步驟1003看K3是否按下。如果K3按下，P3.1＝0，表示執(zhí)行電機(jī)每次向下運(yùn)行0.1mm的模式。然后，執(zhí)行步驟10031～10033、10024～10027、10053從鍵盤(pán)上按下十位數(shù)或個(gè)位數(shù)z，即電機(jī)要執(zhí)行z次0.1mm的運(yùn)動(dòng)，總共向下運(yùn)行z×0.1mm。然后預(yù)置P1.4＝1，表示電機(jī)運(yùn)行方向設(shè)定為向下。接著P1.0＝0，LED3燈亮，顯示電機(jī)正在運(yùn)行；P1.2＝1，顯示傳熱板在頂端(冷端)的LED1燈滅；P1.1＝0，顯示傳熱板在底端(熱端)的LED2燈亮，表示電機(jī)向下運(yùn)行。數(shù)碼管最初顯示十位數(shù)或個(gè)位數(shù)z，電機(jī)每運(yùn)行0.1mm，數(shù)碼管的顯示減1。直到數(shù)碼管顯示為0，表示P1.5輸出的步進(jìn)脈沖序列全部結(jié)束。然后P1.0＝1，LED3燈滅，表示電機(jī)運(yùn)行停止。在底端LED2燈亮，表示傳熱板停置在底端。
如果K3沒(méi)有按下，執(zhí)行步驟1004看K4是否按下。如果K4按下，P3.6＝0，表示電機(jī)需要執(zhí)行全程上行的模式，所謂全程是指完全從熱端到冷端之間的一段距離。這時(shí)，執(zhí)行10041，P1.4＝0，預(yù)置電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橄蛏?。接著?zhí)行10042，P1.0＝0，運(yùn)行燈LED3亮；P1.2＝0，在頂端LED1燈亮；P1.1＝1，在底端LED2燈滅，顯示向上運(yùn)行。當(dāng)P1.5的步進(jìn)脈沖序列p輸送完畢后，P1.0＝1，運(yùn)行燈滅，顯示電機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)束。但仍然保留P1.2＝0，在頂端LED1燈亮，表示傳熱板已經(jīng)運(yùn)行到頂端，并且停置在頂端(即冷端)。
如果K4沒(méi)有按下，執(zhí)行步驟1005，看K5是否按下。如果K5按下，P3.7＝0，表示電機(jī)需要執(zhí)行向下運(yùn)行全程的模式。這時(shí)，執(zhí)行步驟10051，P1.4＝1，預(yù)置電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橄蛳隆＝又?，?zhí)行10052，P1.0＝0，運(yùn)行燈LED3亮；P1.1＝0，在底端LED2燈亮；P1.2＝1，在頂端LED1燈滅，顯示向下運(yùn)行。當(dāng)P1.5的步進(jìn)脈沖序列q輸送完畢后，P1.0＝1，運(yùn)行燈滅，顯示電機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)束。但仍然保留有P1.1＝0，在底端LED2燈亮，表示傳熱板停在底端。
步驟10053，當(dāng)以上過(guò)程中電機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)束，P1.0＝1，運(yùn)行燈LED1滅后，程序返回，繼續(xù)判斷P3.2是否為0。如果P3.2＝0，依然執(zhí)行以上手動(dòng)控制步驟。
如果P3.2不等于0，說(shuō)明不再執(zhí)行手動(dòng)控制模式，而改為自動(dòng)控制模式。
在自動(dòng)控制模式下，執(zhí)行步驟1006，先要判斷是否P1.3＝1。如果P1.3不等于1，返回，執(zhí)行步驟1001，說(shuō)明要么P1.6＝1且P1.7＝1，表示傳熱板的溫度既高于高溫限又低于低溫限，顯然傳熱板溫度信號(hào)出錯(cuò)；要么P1.6＝0且P1.7＝0，表示傳熱板溫度低于高溫限且高于低溫限，即傳熱板溫度在高低溫限之間。這兩種情況下，電機(jī)不需要運(yùn)動(dòng)，程序返回，從判斷是否P3.2＝0開(kāi)始執(zhí)行。
如果P1.3＝1，執(zhí)行步驟1007，說(shuō)明反饋回P1.6和P1.7口的傳熱板溫度要么高于高溫限T1，要么低于低溫限T2。繼續(xù)判斷，是否P1.6＝1。
如果P1.6＝1，說(shuō)明傳熱板溫度高于高溫限T1，執(zhí)行步驟10041，這時(shí)候P1.4＝0，預(yù)置電機(jī)向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)P1.2＝0，在頂端LED1燈亮；P1.1＝1，在底端LED2燈滅；P1.0＝0，運(yùn)行燈亮。隨后P1.5輸出脈沖序列P，讓傳熱板從底端運(yùn)行全程到頂端，電機(jī)完成一個(gè)完整的上升全行程。
如果P1.6不等于1，接著執(zhí)行步驟1008，判斷是否P1.7＝1。如果P1.7不等于1，返回步驟1001，說(shuō)明剛才輸入的信號(hào)有誤，返回再重新判斷是否P1.3＝1；如果P1.7＝1，說(shuō)明傳熱板溫度低于低溫限T2，這時(shí)候P1.4＝1，預(yù)置電機(jī)向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)P1.2＝1，在頂端LED1燈滅；P1.1＝0，在底端LED2燈亮；P1.0＝0，運(yùn)行燈亮。隨后P1.5輸出脈沖序列q，讓傳熱板從頂端運(yùn)行到底端，電機(jī)完成下降全行程。
上述全行程結(jié)束后，P1.0＝1，運(yùn)行燈滅，表示電機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)束。然后程序返回，再?gòu)呐袛嗍欠馪3.2＝0開(kāi)始執(zhí)行。
(二)自動(dòng)輸液氮控制過(guò)程根據(jù)圖8自動(dòng)輸液氮控制流程200和圖5自動(dòng)輸液氮控制原理圖，首先執(zhí)行步驟2000，啟動(dòng)程序200，再執(zhí)行步驟2001，判斷單片機(jī)U10是否端口P3.2＝0。如果P3.2＝0，即S_Tc＝0，說(shuō)明母缸中液氮耗光，單片機(jī)需要響應(yīng)中斷INT0。接著，執(zhí)行步驟2002，判斷是否P1.0＝1(注單片機(jī)U10的P1.0和單片機(jī)U1的P1.0是接在一起的)，如果P1.0＝1表示，電機(jī)行程結(jié)束，這個(gè)時(shí)候U10的P2.2＝0，使得SSR2斷開(kāi)，電機(jī)控制和自動(dòng)加液氮模塊StmNLT掉電，終止溫度循環(huán)。如果P1.0不等于1，說(shuō)明電機(jī)還在運(yùn)動(dòng)，需要再?gòu)呐袛嗍欠馪3.2＝0開(kāi)始執(zhí)行，直到P1.0＝1，電機(jī)運(yùn)動(dòng)停止，才給電機(jī)控制和自動(dòng)輸液氮模塊斷電。這樣做的好處是不會(huì)使電機(jī)在運(yùn)動(dòng)時(shí)斷電，從而在重新開(kāi)機(jī)時(shí)不需手動(dòng)將電機(jī)復(fù)位到冷端或熱端位置，這樣減少了所有情況下電機(jī)手動(dòng)復(fù)位的次數(shù)。
如果P3.2不等于0，說(shuō)明母缸中有液氮，可以給設(shè)備子缸自動(dòng)加液氮了。接著，執(zhí)行步驟2004，判斷是否P1.6＝1，如果是，執(zhí)行步驟2005，表示子缸中低處鉑電阻a沒(méi)有被液氮淹沒(méi)，子缸中沒(méi)有液氮。這時(shí)P2.0＝1，SSR0導(dǎo)通，氣壓機(jī)開(kāi)動(dòng)，同時(shí)P2.1＝0，SSR1斷開(kāi)，常閉電磁閥的排氣通道閉合，母缸的液氮受到氣壓機(jī)壓縮而輸送到子缸。
繼續(xù)加液氮，子缸中低處鉑電阻a，就會(huì)被液氮淹沒(méi)，這時(shí)候P1.6不等于1。然后，執(zhí)行步驟2006，判斷子缸中高處鉑電阻b是否被液氮淹沒(méi)，如果被淹沒(méi)，P1.7＝1。此時(shí)P2.0＝0，SSR0斷開(kāi)，氣壓機(jī)停止工作，同時(shí)P2.1＝1，SSR1導(dǎo)通，常閉電磁閥的排氣通道打開(kāi)排出殘余氣體，停止往子缸輸送液氮。如果鉑電阻b沒(méi)有被液氮淹沒(méi)，繼續(xù)加液氮，直到子缸加滿，P1.7＝1為止。然后，跳回步驟2001，再?gòu)呐袛嗍欠馪3.2＝0開(kāi)始執(zhí)行。
步進(jìn)電機(jī)是基于單片機(jī)U1控制的，自動(dòng)輸液氮是基于另一個(gè)單片機(jī)U10控制的。自動(dòng)輸液氮的單片機(jī)控制模塊可以用在別的需要自動(dòng)輸液氮的地方。另外這兩個(gè)單片機(jī)控制電路本身穩(wěn)定性較高，而且與通過(guò)PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊是分離的，控制模塊和信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊各自獨(dú)立運(yùn)行，使得整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性大為提高。
(三)數(shù)據(jù)采集卡模擬端口的選通擴(kuò)展過(guò)程圖8為數(shù)據(jù)采集卡模擬通道擴(kuò)展電路原理圖，當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡U11的數(shù)字端口D8＝1時(shí)，將U1～U4這4片MAX306的使能端EN都置1，從而選通4片MAX306。
將U11的4個(gè)數(shù)字端口D1～D4輸出按順序?qū)Ω髌琈AX306的模擬輸入通道NO1～NO16依次選通，比方說(shuō)當(dāng)D8＝1，En＝1，D4D3D2D1＝0101時(shí)，各片MAX306都被選通，它們的第5個(gè)通道NO5都會(huì)被選通；若D4D3D2D1＝0111，它們的第7個(gè)通道NO7都會(huì)被選通。
如果D8＝0，各片多路模擬開(kāi)關(guān)MAX306的使能端En＝0，任何模擬通道都不會(huì)被選通。
當(dāng)需要讀入各光敏元電阻等信號(hào)時(shí)，通過(guò)編程，使得數(shù)據(jù)采集卡的D8＝1，分時(shí)選通各片多路開(kāi)關(guān)的某個(gè)通道，從而使得數(shù)據(jù)采集卡至少能夠采集到64路模擬信號(hào)。
模擬開(kāi)關(guān)被選通情況如表1所示表1多路開(kāi)關(guān)被選通情況(×-多路開(kāi)關(guān)不會(huì)被選通；U31_NO1-多路開(kāi)關(guān)U31的NO1模擬端口被選通，依此類(lèi)推)

從表中可以看出多路開(kāi)關(guān)能夠方便實(shí)現(xiàn)對(duì)64個(gè)通道的分時(shí)切換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的通道擴(kuò)展。
權(quán)利要求
1.一種基于單片機(jī)控制和多路模擬開(kāi)關(guān)的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備，包括步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)傳熱板在高低溫環(huán)境之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使傳熱板上的被測(cè)器件溫度循環(huán)變化；和將液氮從母缸向子缸輸送的自動(dòng)輸液氮系統(tǒng)；以及一數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于還有a.一用于控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的單片機(jī)，其設(shè)有中斷端口連接手動(dòng)·自動(dòng)控制模式切換開(kāi)關(guān)(K1)；設(shè)有手動(dòng)式調(diào)控步進(jìn)電機(jī)每次運(yùn)動(dòng)的方向和距離的四只端口并相應(yīng)連接四個(gè)開(kāi)關(guān)(K2、K3、K4、K5)；和由8個(gè)端口連接十進(jìn)制的個(gè)位、十位顯示器及由8個(gè)端口連接數(shù)字鍵盤(pán)而形成人-機(jī)界面；以及接受傳熱板溫度反饋信號(hào)以判定電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、位置；和提供驅(qū)動(dòng)步進(jìn)脈沖的端口；b.一用于控制自動(dòng)輸液氮系統(tǒng)的單片機(jī)，其設(shè)有連接子缸、母缸液位探測(cè)器和運(yùn)輸通路控制繼電器；以及c.連接該數(shù)據(jù)采集卡的擴(kuò)展芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機(jī)和多路模擬開(kāi)關(guān)控制的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，該控制步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)經(jīng)光耦電路與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端聯(lián)結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單片機(jī)和多路模擬開(kāi)關(guān)控制的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，該控制自動(dòng)輸送液氮系統(tǒng)的單片機(jī)，由三個(gè)輸出端口分別經(jīng)固態(tài)繼電器(SSR0)控制氣壓機(jī)、通過(guò)固態(tài)繼電器(SSR1)控制電磁閥和通過(guò)固態(tài)繼電器(SSR2)控制步進(jìn)電機(jī)和自動(dòng)輸液氮模塊的通斷電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機(jī)和多路模擬開(kāi)關(guān)控制的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，該經(jīng)擴(kuò)展端口的數(shù)據(jù)采集卡至少可采集64路模擬信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機(jī)和多路模擬開(kāi)關(guān)控制的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備，其特征在于，在自動(dòng)輸液氮單片機(jī)的一個(gè)數(shù)字端口設(shè)置電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)反饋信號(hào)，當(dāng)母缸中液氮發(fā)出空缸報(bào)警時(shí)，一直要等到電機(jī)停止運(yùn)行信號(hào)Stm_stop到來(lái)時(shí)，才會(huì)給電機(jī)控制與自動(dòng)輸液模塊斷電。
全文摘要
一種單片機(jī)和多路模擬開(kāi)關(guān)控制的寬溫范圍高低溫循環(huán)設(shè)備，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)和自動(dòng)輸液氮控制，在數(shù)據(jù)采集卡的外圍加設(shè)多路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)增加采集卡的模擬通道數(shù)目，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備控制模塊和信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊的分離。從而達(dá)到提高設(shè)備穩(wěn)定性、增強(qiáng)可操作性，和監(jiān)測(cè)數(shù)十路以上模擬信號(hào)的目的。其中自動(dòng)輸液氮控制模塊體積小、成本低、方便靈活、可移植性強(qiáng)，可以用在其它需要自動(dòng)輸液氮的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1928525SQ200610116259
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者吳禮剛, 任仁, 龔海梅, 朱三根, 李向陽(yáng), 方家熊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所