引言
航天醫(yī)用冷藏設(shè)備主要用于儲(chǔ)存血液、試劑、疫苗等醫(yī)學(xué)樣品，是在特殊條件下對(duì)醫(yī)學(xué)樣品進(jìn)行存儲(chǔ)研究的冷藏設(shè)備。為了保證冷藏設(shè)備具備高的可靠性、穩(wěn)定性，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要進(jìn)行全面的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，這就共模電感器需要一種相匹配的監(jiān)測(cè)儀器對(duì)影響其可靠性、穩(wěn)定性的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析，進(jìn)而提高冷藏設(shè)備的性能，最終使其滿(mǎn)足在極特殊的條件下工作。
目前，醫(yī)用冷藏設(shè)備在國(guó)內(nèi)外有廣泛的研究，而在航空航天領(lǐng)域的研發(fā)在國(guó)內(nèi)外屬于領(lǐng)先技術(shù)，為保證達(dá)到嚴(yán)格的制冷保溫指標(biāo)要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、板材選取等方面需特殊處理，才能保證冷藏設(shè)備在特殊條件下穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。相匹配的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)工作電源和溫度這兩個(gè)重要的控制指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測(cè)。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
航天醫(yī)用冷藏設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件關(guān)鍵部分是信號(hào)檢測(cè)裝置，包括模擬量信號(hào)測(cè)量電路、電源系統(tǒng)和串口通訊。其中電源系統(tǒng)采用經(jīng)典電路實(shí)現(xiàn)，本文不作詳細(xì)敘述。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中采用冗余技術(shù)、單點(diǎn)雙線(xiàn)、光耦隔離等抗干擾技塑封電感器術(shù)，增加了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖
模擬量信號(hào)測(cè)量電路
以AT89C52單片機(jī)為核心，外置看門(mén)狗X5045和一片11.0592MHz晶振構(gòu)成最小單片機(jī)系統(tǒng)，AT89C52是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，內(nèi)帶8KB的Flash ROM，用戶(hù)程序存放于此。測(cè)溫單元采用Pt100鉑電阻傳感器（測(cè)溫范圍-50~+100℃），配套線(xiàn)性化輸出0~5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的溫度變送器，誤差為0.06℃，構(gòu)成單線(xiàn)式溫度采集網(wǎng)絡(luò)。為了提高精度，選用12bit的串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，應(yīng)用單片機(jī)I/O口的雙向傳輸數(shù)據(jù)的功能，將P1.0共模電感器~P1.3口與TLC2543的4根控制線(xiàn)CS、OUT、IN、SCK相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)TLC2543進(jìn)行讀取和寫(xiě)入操作。將溫度變送器輸出接入TLC2543的模擬輸入通道即可。由于A(yíng)T89C52單片機(jī)沒(méi)有SPI接口，需要用軟件實(shí)現(xiàn)SPI的功能，對(duì)TLC2543操作的關(guān)鍵是理清接口時(shí)序圖和寄存器的使用方式。系統(tǒng)程序利用Xeltek公司的基于USB口的通用編輯器Superpro3000U下載到AT89C52芯片中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)固件編程。溫度采集電路如圖2所示。
電源信號(hào)的測(cè)量包括采集電路和顯示模塊兩部分，裝置電路圖如圖2所示。檢測(cè)供電電源的電壓采用分壓電路實(shí)現(xiàn)，小電阻4.3KΩ兩端接上一個(gè)5.6V穩(wěn)壓管以保護(hù)單片機(jī)系統(tǒng)；檢測(cè)工作電流應(yīng)用運(yùn)算放大器LM358將采樣電壓放大為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如圖3所示。然后將電壓、電流檢測(cè)電路輸出接入TLC2543的AIN0，AIN1接口，完成對(duì)電源信號(hào)的采集。顯示模塊由2個(gè)四位一體的共陰極數(shù)碼管和1片LED串行共陰極驅(qū)動(dòng)器MAX7219構(gòu)成。MAX7219的3根控制線(xiàn)DIN, LOAD, CLK與單片機(jī)AT89C52的P1.5~P1.7相連，數(shù)碼管的段選信號(hào)線(xiàn)a-dp分別和MAX7219對(duì)應(yīng)的SegA~SegDP相連，其中一組數(shù)碼管LED1的4根位選信號(hào)線(xiàn)和MAX7219的位驅(qū)動(dòng)線(xiàn)Dig0~Dig3相連接，另一組LED2的位選信號(hào)與Dig4~Dig7相連。LED1顯示系統(tǒng)供電電壓，LED2顯示工作電流。固件程序分為信號(hào)陶瓷電感采集和數(shù)據(jù)顯示兩部分，系統(tǒng)工作是在程序控制下，完成對(duì)模擬信號(hào)的采集和電源信號(hào)的顯示。
圖2 數(shù)據(jù)采集、顯示電路
圖3 電流采集電路
串口通訊
由于RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口使用方便、接線(xiàn)少而且傳輸距離可達(dá)到15m，足以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求，因此選用RS-232的串口通信方式。ATMEL的89C52單片機(jī)通過(guò)普通I/O口與 PC機(jī) RS-232串口實(shí)現(xiàn)通信的硬件接口電路，如圖4所示。由于工字電感器 PC系列微機(jī)串行口為RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均為T(mén)TL電平的AT89C52單片機(jī)在接口規(guī)范上不一致，因此TTL電平到RS-232接口電平的轉(zhuǎn)換采用 MAX232標(biāo)準(zhǔn) RS-232接口芯片，該芯片可以用單電壓(+5 v)實(shí)現(xiàn)RS-232接口邏輯“1”（-15～3V）和邏輯“0”(3～15 v)的電平轉(zhuǎn)換。AT89C52的P3.0為串行輸入端，P3.1為串行輸出端。
圖4 RS232串口通訊
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件包括下位機(jī)程序和Delphi數(shù)據(jù)通訊軟件兩部分，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析處理、回放顯示、打印輸出等功能，它可以接收命令和數(shù)據(jù)，向設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)，返回設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，提供友好的人機(jī)界面。同時(shí)，利用軟件濾波方法提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。 大功率電感廠(chǎng)家 |大電流電感工廠(chǎng)
