專利名稱:溫度程序控制儀的制作方法
本發(fā)明屬于溫度測量控制儀表。
在已有的技術(shù)中，溫度測量控制儀表采用了模擬、數(shù)字電路和計算機(jī)組成，來自熱電偶的電信號經(jīng)過放大和模擬－數(shù)字變換器(A／D)后送入計算機(jī)，計算機(jī)經(jīng)過運算再送出數(shù)字式的控制量，該量經(jīng)過數(shù)字－模擬變換器(D／A)后成為標(biāo)準(zhǔn)的控制信號輸出。
在已有的技術(shù)中，上述模擬－數(shù)字變換器由十位或十二位的A／D轉(zhuǎn)換芯片組成，它們將模擬信號變成十路或十二路的數(shù)字信號送入計算機(jī)，其中每一路數(shù)字信號均要經(jīng)過光電隔離。同樣，在已有的技術(shù)中，數(shù)字－模擬變換器由八位或更多位的D／A轉(zhuǎn)換芯片組成，這些數(shù)字信號也要通過八個或更多的光電隔離電路后才能輸出，這么多的光電隔離電路造成儀表電路復(fù)雜、成本高，也增加了不可靠的因素。
本發(fā)明的目的是減少上述光電隔離電路的數(shù)量，輸入和輸出電路均只要通過一路光電隔離電路和計算機(jī)相連。這樣可以簡化儀表的電路，降低成本，提高可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方法如下參看圖1，被測對象的溫度經(jīng)過熱電偶成為電信號A送入儀表的前置放大電路〔1〕，反映環(huán)境溫度的熱電阻信號B送入儀表的另一個前置放大電路〔2〕，兩者通過由計算機(jī)控制的模擬開關(guān)〔3〕進(jìn)行切換后交替通過電壓－頻率變換器〔4〕，該變換器將反映溫度高低的模擬電壓轉(zhuǎn)換為頻率不同的脈沖信號，經(jīng)過一路光電隔離電路〔5〕送入輸入接口電路〔13〕，它的輸出再送入計算機(jī)〔6〕，計算機(jī)經(jīng)過運算求出所測溫度值送顯示器〔7〕顯示，然后根據(jù)使用者通過鍵盤〔8〕設(shè)置的(PID)按偏差的比例、積分、微分控制參數(shù)進(jìn)行運算，求出控制量，此控制量經(jīng)過輸出接口電路〔9〕后成為一種周期固定，脈寬隨控制量大小而變化的脈沖信號，該信號經(jīng)過一路光電隔離電路〔10〕后送脈寬－－模擬變換器〔11〕，最后輸出0～10mA的控制電流信號C。計算機(jī)還可以根據(jù)使用者的要求，通過光電隔離電路〔12〕送出各種特征信號T。儀表還有斷電保護(hù)電路〔15〕，以便在儀表的主電源電路發(fā)生故障時，立即由輔助電源供電。〔14〕為斷偶保護(hù)電路，該電路檢測到熱電偶發(fā)生斷路時，使儀表停止輸出控制信號。
本發(fā)明所取得的效果與現(xiàn)有技術(shù)相比較，減少了光電隔離電路的數(shù)量，輸入、輸出信號均只通過一路光電隔離電路與計算機(jī)相連，簡化了儀表的電路，降低了成本，提高了可靠性。
圖1為整機(jī)電路方框圖。
圖2為前置放大電路〔1〕的電路圖。
圖3為前置放大電路〔2〕的電路圖。
圖4為電壓－－頻率變換器〔4〕的電路圖。
圖5為輸入接口電路〔13〕的電路圖。
圖6為計算機(jī)的方框圖。
圖7為輸出接口電路〔9〕的電路圖。
圖8為脈寬——模擬變換器〔11〕的電路圖。
本發(fā)明的具體實施例如下參看圖2，它是前置放大〔1〕的電路圖。來自熱電偶的電信號經(jīng)過由R5，R6，C2，C3組成的低通濾波器后送入由5G7650和F007C組成的兩級前置放大器，放大后的信號經(jīng)過由R14和C11構(gòu)成的又一個低通濾波器后輸出到下一級，R8，R9，W2構(gòu)成調(diào)零電路，R10，R11，W1構(gòu)成負(fù)反饋電路。R1、R2、R3構(gòu)成熱電偶的斷偶檢測電路，當(dāng)出現(xiàn)斷偶情況時，它的輸出電壓很高，計算機(jī)檢測到這種狀態(tài)，就發(fā)出報警信號，並且停止輸出控制信號。
反映環(huán)境溫度的熱電阻信號B送入另一個前置放大電路〔2〕，具體電路參看圖3，N1是測量環(huán)境溫度的熱電阻，三極管T1、T2和電阻R20，R21，R22組成了恒流電路，運算放大器使用的型號為F007。開關(guān)〔3〕使用了集成CMOS模擬開關(guān)，它在計算機(jī)的控制之下將前置放大電路〔1〕和前置放大電路〔2〕的輸出信號交替送入電壓——頻率變換器〔4〕。
圖4是一個電壓——頻率變換器(V／F)電路，輸入信號先經(jīng)過一個由F007C構(gòu)成的跟隨器，再送入電壓——頻率變換器，它的型號為DL8106B，電壓——頻率變換器的輸出經(jīng)過一個單穩(wěn)觸發(fā)器后送到光電隔離電路〔5〕，單穩(wěn)觸發(fā)器由74LS123構(gòu)成，它的作用是將輸出脈沖展寬，從而防止在高頻時由于光電隔離器傳輸頻率不太高而丟失脈沖的現(xiàn)象。
圖5是光電隔離電路〔5〕和輸入接口電路〔13〕的電路圖，圖中L1為一對光電耦合管，它的輸出信號經(jīng)過一個由門電路門1和門2組成的整形電路后送入門3的一個輸入端，門3的另一個輸入端來自D觸發(fā)器θ1，該觸發(fā)器的狀態(tài)由計算機(jī)輸出的信號控制，從而也就控制了門3的開關(guān)時間，在開門期間，門3的輸出脈沖送到可編程計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，可編程計數(shù)器的型號為CTC。它的計數(shù)結(jié)果直接從數(shù)據(jù)母線上輸入給計算機(jī)。
計算機(jī)〔6〕使用的中央處理單元CPU的型號為Z80。參看圖6，CPU輸出的地址信號經(jīng)過緩沖器〔17〕后輸出，該地址母線緩沖器的型號為74LS244，CPU的數(shù)據(jù)信號由型號為74LS245構(gòu)成的雙向緩沖器〔22〕驅(qū)動，CPU輸出的控制信號經(jīng)過緩沖器〔23〕后輸出，該緩沖器的型號為74LS244?！?8〕是存儲器的譯碼器和輸入輸出接口的譯碼器，它們的型號均為74LS138，它們的輸入來自CPU的地址母線，它們的輸出則接到各個存儲器和各個輸入、輸出接口?！?9〕是八K可編程序只讀存貯器，它們的型號為2716，用來存儲各種常數(shù)，計算和控制程序?！?0〕是三K的讀寫存儲器，它們的型號為2114。這些存儲器均通過地址母線和數(shù)據(jù)母線與計 算機(jī)相連?！?1〕為可編程計數(shù)器，型號和功能詳見圖5說明。〔30〕為晶振電路，它的輸出作為時鐘信號輸入給CPU。
參看圖7，〔24〕為D觸發(fā)器，它們的型號為74LS273和74LS75，CPU的輸出信號從數(shù)據(jù)母線經(jīng)過它們送到正反碼電路〔25〕，它們的型號為74LS87，它們的輸出端接到計數(shù)器〔26〕的預(yù)置數(shù)輸入端，在D觸發(fā)器〔27〕的Q端輸出信號的控制下，定時輸出正反碼信號。計數(shù)器〔24〕的型號為74LS161，它們的計數(shù)信號來自計算機(jī)的時鐘信號，計數(shù)器的進(jìn)位輸出送到單穩(wěn)觸發(fā)器〔28〕，單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出一端送到D觸發(fā)器〔27〕，另一端送到計數(shù)器電路的置數(shù)端。D觸發(fā)器〔27〕的輸出就是一種周期固定，而脈寬隨計算機(jī)輸出的信號而變化的信號?！?9〕也是D觸發(fā)器，它的型號為74LS74，它的作用是給觸發(fā)器〔27〕預(yù)置初態(tài)。
參看圖8，圖7中D觸發(fā)器〔29〕的輸出送入圖8的輸入端，經(jīng)過光電隔離電路后送到由T11，T12，T18，T19組成的開關(guān)電路，光電隔離電路中的光電耦合器T20的型號為GO101，T11，T12的型號為3DG6，T18，T19的型號為3CJ，開關(guān)電路的輸出送入由運算放大器F007C構(gòu)成的積分電路，積分電路的輸出再送入由運算放大器F007C構(gòu)成的積分電路，積分電路的輸出再送入由T15，T16，T17構(gòu)成的鏡象源電路，T15，T16，T17的型號均為3DG6，該電路將運算放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成輸出電流后輸出。
斷電保護(hù)電路〔15〕由斷電檢測電路和主電源電壓和電池電壓自動切換電路組成。
權(quán)利要求
1.溫度程序控制儀，它是由前置放大電路[1]、[2]，模擬開關(guān)[3]，電壓-頻率變換器(V/F)[4]，光電隔離[5][10][12]，單板計算機(jī)[6]，顯示器[7]，鍵盤[8]，輸出接口[9]，脈寬-模擬變換器[11]，輸入接口[13]，斷電保護(hù)電路[14]，斷偶保護(hù)電路[15]組成，其特征在于(a)前置放大電路[1]，它分別與輸入信號A，斷偶保護(hù)電路[14]，模擬開關(guān)[3]相連接。(b)前置放大電路[2]，它分別與上述的模擬開關(guān)[3]以及輸入信號B相連接。(c)電壓--頻率變換器(V/F)[4]，它分別與上述的模擬開關(guān)[3]以及光電隔離[5]相連接。(d)輸入接口[13]，它分別與上述的光電隔離[5]相連接。(e)單板計算機(jī)[6]，它分別與上述的輸入接口[13]以及光電隔離[12]，輸出接口[9]，顯示器[7]，斷電保護(hù)[15]，鍵盤[8]相連接。(f)光電隔離[10]，它分別與上述的輸出接口[9]以及脈寬--模擬變換器[11]相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的光電隔離電路〔5〕和輸入接口電路其特征是由一對光電耦合管，門電路組成的整形電路，一個觸發(fā)器以及可編程計數(shù)器成電氣連接構(gòu)成。
專利摘要
溫度程序控制儀，屬于溫度測量控制儀表。目的在為了減少儀表中的光電隔離電路的數(shù)量，簡化儀表的電路，降低成本，提高可靠性。本發(fā)明主要由放大熱電偶溫度信號和環(huán)境溫度信號的放大器[1] [2]，V/F電路[4]光電隔離[5][10][12]單板計算機(jī)[6]，輸入輸出接口電路[13][9]，斷電斷偶保護(hù)電路[14][15]組成。本發(fā)明主要用于單測點及多測點的溫度測量和控制，可以輸出與被測點溫度成比例的0～10毫安的控制電流以及各種特征信號T。
文檔編號G05B19/19GK85200136SQ85200136
公開日1985年10月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者丁杰, 衣承斌, 蔡士謙 申請人:南京工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan