船用柴油机中央冷却系统水温的智能控制
(0~100℃时)与阻值的关系如下表3-1所示。
表3-1ptl00铂电阻温度与阻值的关系
温度 阻值 100 103.90 107.79 111.67 115.54 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71 138.51 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 由此可见铂热电阻随温度的变化关系为：
式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见Pt100在常温0~100摄氏度之间变化时线性非常好，其组织表达式可近似简化为RPt=100（1+At），当温度变化1摄氏度时，Pt100的阻值近似变化0.39Ω。 3.2.2 A/D转换电路
传感器采集的信号是模拟信号，需要转换成数字信号后才能由微处理器进行处理。A/D转换电路ADC电路有两大类：直接转换型（通过基准电压与采样——保持电路的输出信号进行比较，直接转换为数字量）、间接转换型（将采样——保持电路输出的信号首先转换成时间或频率，然后再将时间或频率转换成数字量）。直接转换电路转换速度高，转换精度容易变；间接转换电路转换速度低，转换精度可以做的较高，对干扰抑制能力强，在测试仪表中应用广泛。
A/D转换电路中采用了比较常用的ADC0809芯片。ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28引脚双列直插式封装，片内除A/D转换部分外还有多路模拟开关部分。
多路开关有8路模拟量输入端，最多允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。
ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器，它由8通道模拟开关和A/D转换两部分组成，其转换时间大约为100vs，转换精度为0.4℃。由于冷却水是大惯性的传热介质，ADC0809的此项性能指标己经满足了温度控制的时间和精度，因此，我们选择ADC0809作为模拟/数字转换芯片，使系统成本较低。图3-22给出了ADC0809与AT89C51接口图。在硬件连接时，IN0~IN7为8路通道模拟开关，我们只需要其中IN0路用以转换电路，其他各路直接接地。温度传感器传来
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的检测信号经过模拟/数字转换后，变成单片机可以识别的数字信号，从而可以对冷却水温度进行量化比较。 AT89C51 ALE P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 WR EA P RD INT1 分频 CLK ADDA VREF（+） ADDB VREF（-） ADDC ADC0809 D7 D6 IN7 D5 IN6 IN5 D4 IN4 D3 IN3 D2 IN2 D1 IN1 D0 IN0 START ALE OE EOC G74LS37+ - 测温信 号 图3-22 ADC0809接口电路示意图
3.2.3键盘与显示电路
由于CPU管脚的数量有限，因此对键盘和显示电路的设计，我们采用了8279可编程的键盘显示一专用扩展I/O接口芯片，它木身能够提供键盘、显示控制所需的扫描信号，因此可以代替单片机完成键盘、显示的控制。其中，键盘矩阵采用2行3列非编码方式，采用软件查询方法来设计，低电平有效。为了消除按键抖动对系统的干扰，在键盘软件设计中，我们采用了20ms的延时程序。显示部分为3位LED数码管显示，显示的内容是温度数值的，十位、个位和小数点后一位，软件设计中采用动态扫描显示的方法，以减少硬件成本和增加系统可靠性。键盘控制的方式是采用8279扫描键盘，判断是否有按键按下，进而判断按键的内容，送至AT89C51处理。显示程序的执行过程是:首先AT89C51通过P口选通
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8279，低电平有效，然后把将要显示的数字，其相应的字型码送至DB口，接下来设置位选信号，利用SL0、SL1、SL2二分别设置0或者l，分别选择要显示的}二印数码管(共阴极)，8279将要显示的数字通过OPTB和OUTA口显示在LED数码管上。同时，我们将要显示的数字的二进制代码转换成7段码形式，编写成数据表格的形式，存储在单片机内部存储空间里，这样，单片机将A/D转换的结果与表格的指针相结合，直接将A/D转换结果显示出来，可以减轻系统计算量，提高系统的数据处理和显示速度。
下面介绍键盘与显示电路。
在小键盘上有六个按键，分别是“设置状态”按键、“运行状态”按键、“数值增加”按健、“数值减少” 按键、以及“高温” 按键和“低温”按键。当系统开机运行时，其温度设定值由软件编制时事先设置好，当需要改变数值时，用户首先按下键盘的“设置状态”按键，使显示部分切换到设定值的显示，然后由键盘的“高温”或者“低温”键切换到需要更改的温度显示，此时，三位LED数码数码管中的最低一立开始闪烁，再由“数值增加”或“数值减少”按键输入所需设置的数值，可以改变了设定数值。当设定好新的数值后，用户再次按下“运行状态”按键，切换列系统运行状态，这时三位LED数码管所显示的就是测量温度数值。
3.2.4串行通讯模块
本测控系统是近距离(小于15米)的串行通讯，因此选择了计算机和单片机之间通过RS-232接口直接相连。由于单片机串行口的输入输出都是TTL电平，而上位计算上的RS-232接口为了提高抗十扰性能，采用的是RS-232标准中EIA电平，EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态(逻辑“1”:-3~-15V；逻辑“0”:+3-+15v)，与单片机中TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同，因此，为了能够实现上位计算机与单片机之间的串行通讯，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。我们选用了MAXIM公司的MAX232芯片来完成这两种电平之间的转换工作。采用了RS-232接口中的RD(接收数据线)、TD(发送数据线)、GND(信号地)三条引脚来完成计算机与单片机的双工通讯任务。 3.2.5声光报警电路:
为了系统的安全运行，我们对冷却水温度进行上限或下限声光报警处理，我们采用了如下的判断报警方法:以冷却水温度设定值T设为参考数值，则温度变化的上限是T:= T设+5℃，下限是T=T设-5℃.当测量到的冷却水温度持续增加，高于上限T1时，即T>T1，时，则上限报警状态值THA=l;当测量到的冷却水温度持续减少，低于下限T2时，即T?T2时，则下限报警状态值TLA=l。这样，当出
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现上、下报警状态值(THA，TLA)为1的情况时，就会触发系统报警电路。图3.26中左侧是实现超限声光报警的电路。我们采用了一片时基集成电路NE555，将其接成振荡工作状态，同时，将NE555的复位端“4”与AT89C51的PZ引脚反相连接。当系统被测参数在正常范围内时，AT89C51的PZ引脚输出端为高电平，经过反相后为低电平，这样，NE555的复位端“4”处于低电平(零电位)，NE555电路处于稳态，被迫停止振荡，则输出端“3”恒为低电平，扬声器(SP)无声，9014三极管(NPN极性)截止，报警灯不亮，使报警电路不工作;当系统被测温度出现高于上限或者低于下限的情况时，即上、下报警状态值(THA，TLA)为l，AT89C51启动自身定时器，使其PZ引脚输出端输出连续脉冲波形(或连续方波)，这样，NE55.:时基电路根据其复位端“4”的信号变化，在它的输出端“3”产生频率的输出，输出信号给继申器(J)动作信号，继电器常开开关闭合，推动扬声器(SP)工作，获得声音报警信号，报警灯同步闪亮。 3.2.6 主控单元(MCC):
主控单元采用ATMEL公司的AT89C51控制芯片，是一种高性能、低电压、低功耗的8位CM05微型处理器，它具有40针脚，与51系列单片机的指令、管脚完全兼容。具有4K字节片内程序存储器，并且是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，同时，写入单片机内的程序还可以进行加密，因而可以有效地保存数据信启、。由于本系统主要用于冷却水温度的测控，片内具有的4K字节己经能够满足系统设计需求。此外，AT89C51还具有128字节RAM，32条可编程I/O口线，2个16位可编程定时计数器，6个中断源，1个串行l/O日，片内振荡器和时钟电路。在控制软件的支持下，CPU对外围电路进行控制、计算，将温度检测电路输入的温度测量数值进行处理，并扫描、显示，同时将计算得到的控制结果输出给控制电路对执行机构进行操作，完成整套控制过程。AT89C51的接口电路有ADC0809、8279、MAX232、4N25、CD4052和X5045等芯片。其中，ADC0809作为温度测量电路的输入接口，8279用于键盘、LED数码管显示电路的接口，MAX232是单片机与上位计算机的串行通讯接口，4N25和CD4052控制系统输出，包括光电耦合和模拟开关等元器件，X5045是硬件看门狗电路。我们将在后面着重介绍这些接口电路。
图3-26是AT89C51芯片管脚分配示意图。
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