低压控制柜中的温度控制系统

摘要：该系统设计了一种低压控制柜中温度控制的解决方案，低压控制柜是智能交通系列产品，可集成栏杆机、车道通行灯、声光报警等多种电路模块。不同的电路模块对环境有不同的需求，环境温度是其中的一个关键因素，适宜的温度是低压控制柜正常工作的必要条件。该系统由温度传感器DS18B20自动采集温度，光耦MOC3041M智能控制温度，数码管实时显示温度。该温度控制系统简单易实现，广泛应用于工控机等工业场所中；模块化的设计思想，方便用户的二次开发。
关键词：低压控制柜；温度控制；数字温度计；可控硅型光耦

0 引言
    随着信息技术的发展，现代工业体系越来越数字化、智能化和集成化，现代机械设备日益趋向于自动化控制管理。而在自动控制领域中，温度检测与控制占有很重要的地位，能够独立工作的温度检测与控制系统越来越被人们关注。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件，随着现代信息技术的发展和传统工业改造的实现，温度传感器正从模拟式向数字集成式方向飞速发展。温控模块由单片机驱动，单片机由于低功耗、易扩展、可靠性高等优点也成为人们追求的目标。
    低压控制柜是智能交通系列产品，内部一般集成栏杆机、车道通行灯、声光报警等模块，主要应用于高速公路收费口自动化管理系统。由于低压控制柜内部集成电路众多，如何保证各个模块协调的正常工作是很重要的，温度控制是其中关键的一点。各个电路模块需求的工作环境不同，对温度的要求也不同。本文设计了一种低压控制柜中温度控制的实现方法，自动采集温度并智能控制温度在一个理想的工作范围之内。

1 系统整体设计
    随着社会的进步，智能交通产品越来越多地应用于高速公路智能化自动控制管理系统中。高速公路的收费处设立了多个检测控制设备，如何将这些设备智能化控制就成为人们思考的重点问题。车道控制柜集成了工控机、计重收费用费额显示器、车道进出控制入口、信号灯控制电路等模块，方便了人们对公路交通产品的控制管理。温控模块就是应用于车道控制柜中的自动化系统，它能自动检测控制柜中的温度，并智能控制温度在一个适宜其中电路工作的范围之内。
    温控模块主要包括数字温度传感器电路、单片机控制电路、数码显示电路，将它们集成在同一个模块中，不仅能更好地检测控制温度，而且易维护、可扩展。温度传感器电路负责采集温度信息，并将温度信息传递给单片机；单片机控制电路负责接收外部的温度信息，数据处理之后发送相应的指令到温控部分调节温度；数码显示电路则实时显示温度信息，方便工作与维护人员查看。
    系统整体功能设计如图1所示。

2 温度采集传感器
    温度采集部分选择DALLAS公司生产的一线式传感器DS18B20，DS18B20温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9到12位A／D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。
    温度采集部分电路如图2所示。

3 温度控制芯片
    温度控制部分选择FAIRCHILD公司生产的光耦合器MOC3041M，MOC3041M是过零双向可控硅型光耦，单片机通过控制改变双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现智能调速控温。
    温度控制部分电路如图3所示。

4 温度显示数码管
    温度显示部分选择两位LED数码管，具有高性价比、显示清晰、亮度高、使用方便、电路简单、寿命长等优点。我们选择的是共阳极数码管，由单片机控制数码管的各引脚电平，就能显示相应的数据。
    温控模块中温度显示部分的电路如图4所示。

5 软件程序设计
    系统程序设计主要包括主程序，读取温度子程序，温度转换子程序，显示温度子程序，调速风扇子程序。主程序的主要功能是负责温度的采集和实时显示，单片机读DS18B20采集的温度信息，数据转换为十进制温度数值并由数码管实时显示该数值。同时判断该温度是否到达预设的温度数值上限，如果超过上限则进入调速风扇子程序，根据不同的温度调节风扇的转速以达到智能降温的目的。
    系统的主程序流程图如图5所示。

6 结束语
    本文介绍了低压控制柜中智能自动测温调温系统的实现方法，以单片机为核心，主要完成对外界环境温度信号的采集、处理、显示等功能。低压控制柜中集成了不同的电路模块，温度控制部分可对不同的模块分别进行控制，保证不同模块的正常协调工作。该系统适用性强，用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可实现对最适温度的实时监控；可扩展性强，模块化的设计思想方便用户的二级开发，用户可根据自己实际需要增加或减少相应功能。只要稍加改变，本模块即可广泛适用于工控机等工业场所。设计稳定性高、性能优越。
    经测试，该模块感温准确快速，智能调速风扇降温过程可根据设定的温度阈值自动控制，设计达到预期目的。电路工作效果图如图6所示。