基于单片机的智能油温检测报警系统设计

摘要：针对目前液压系统油温过高导致系统保护的问题，设计了一种基于单片机的智能油温检测报警系统。详细阐述了该智能油温检测报警系统的原理。该智能油温检测报警系统以Atmel公司AT89C51型单片机为主要内核，采用铜热电阻Cu50和摩托罗拉公司MC14433型A／D转换器为温度信号采集装置，并以7448芯片驱动LED显示，在精确测量温度的同时实现油温升高超限报警功能。
关键词：液压系统；油温检测；A／D转换器；LED显示

0 引言
    目前，液压系统广泛应用于自动控制领域，其油温过高导致系统保护是困扰液压系统连续工作稳定性的主要问题，由于油路在循环过程中油温不断升高，当油路温度超出油泵安全运行温度时，现场工作人员必须停止运行液压系统，当现场工作油泵台数不断增加时，工作人员须反复检查每套液压系统运行状态，劳动强度非常大。针对以上问题设计了基于单片机的智能油温检测报警系统，该系统设计并实现在液压系统工作过程中实时测量并实时显示油温，当温度超过预警值时实现高温报警，该设计成本和维护费用较低。提高了生产的安全性和可靠性，降低了工作人员的劳动强度。

1 系统总体设计
    该系统由硬件部分和软件部分组成，可实现精度±0．5℃的油温检测并实时显示，温度上限设定范围由值班人员现场设定，当温度高于上限时驱动LED报警灯亮，同时蜂鸣器呜叫。系统配有键盘，可设上限报警，系统配有打印机可实时打印现场油温，采用RS 232C标准与上位机通信实现编程。系统组成框图如图1所示。

2 硬件部分
2．1 传感器及调理电路
    传感器采用价格低廉、稳定性较好的铜热电阻Cu50，其精度达到±0．05℃、测温范围-50～150℃。
    调理电路采用两级放大环节，芯片Op07作为放大器，第一级为差动电桥放大器，可获得较高的共模抑制比，第二级进行增益调节，将传感器的输出信号转换为便于处理和传输的信号。
    A／D转换器采用与微处理器接口更为方便的BCD码输出的MC14433，将调理电路输出的模拟电压转化为数字量送入CPU处理。
2．2 微处理器
    系统采用AT89C51型单片机作为整个系统的核心，主要完成数据处理、逻辑判断、状态显示、越限报警、中断控制、定时打印、键盘操作、A／D采集、驱动执行部件。
2．3 人机接口
    显示系统的运行状态及被控参量的实时值、便于操作人员对仪器进行操作，如设定温度上限，包括键盘、显示器、打印机接口、状态指示灯及报警装置驱动电路。键盘采用独立键结构、中断查询结合。其特点是程序编制简单、实时性强。设定上限需要两个按键，分别是加1和减1，系统对置上限键进行中断查询，待确定控制要求后再对加1和减1进行查询。
    显示器采用三位七段数码管，动态显示、软件译码、共阴极、OC门驱动。采用7407芯片对阴极进行驱动，配合P2口约2 mA的灌电流，亮度较高。
    打印机选用MP-16智能微型打印机，机芯为Model-150-II16行针打，控制方式采用定时打印式，设一个按键接到外部中断引脚上，何时打印受操作人员控制，实时性较强。由于油温变化较为缓慢，采用定时打印就能够满足实时性要求，定时间隔可根据需要设置。
2．4 报警装置
    蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。其主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。外壳上还装有发光二极管，当温度超出油温上限时单片机P3．5口直接输出信号经放大电路驱动蜂鸣器报警，并发出光亮，引起值班人员注意。报警装置驱动电路如图2所示。

2．5 通信接口
    外围设备采用RS 232C标准，与上位机连接十分方便。接口芯片选用MAXIM公司的MAX232芯片，片内含两个发送器、两个接收器和自升压的电平倍增电路，可实现TTL／RS 232C电平转换、数据发送和接收功能。

3 软件部分
    软件部分由主程序、数据处理子程序、键盘控制子程序和定时打印子程序组成。
3．1 主程序
    完成一系列SFR的初始化，包括中断允许控制寄存器IE、中断优先级控制寄存器IP、B寄存器、堆栈指针SP、定时／计数器方式寄存器TMOD、定时／计数器控制寄存器TCON、定时／计数器0寄存器TH0、TL0等。主程序框图如图3所示。

3．2 数据处理子程序
    采用中断方式对ADC进行控制，当EOC引脚变为高电平时产生中断，在中断处理程序中分时读入个、十位及标志位，并对读入数据做相应处理，如七段译码、越限判断等。数据处理子程序框图如图4所示。
3．3 键盘控制子程序
    采用中断与查询相结合的控制方式，加1和减1连到外部中断1输入引脚，在中断处理程序中查询按下的是哪个键并转入相应处理子程序然后再对加1和减1键进行查询。再根据查询结果对存于RAM中的上限作相应改变，设置完成后还要判断上限是否在规定范围内。如果超时没有键按下，则自动返回主程序。键盘控制子程序框图如图5所示。

3．4 定时打印子程序
    通过TH0、TL0和B寄存器来实现定时打印，定时中断产生后先判断B寄存器是否为零，若不为零则返回主程序，若为零则说明定时到，转入查询打印机是否空闲，若空闲则将数据送上数据总线，然后产生选通脉冲，启动打印机。定时打印子程序框图如图6所示。

4 结语
    该智能油温检测报警系统的应用取代了传统人工监视液压系统油温，解决了影响液压系统连续运行过程中稳定性的问题，有效提高了液压系统连续工作可靠性，对设备起到了保护的作用，节约了设备使用成本，提高设备使用效率，并有效减少设备损耗，具有可靠性高、成本低廉，维护使用简便等特点，完全具备了直接应用工业生产的能力。