一种单片机和多路模拟开关控制的宽温范围高低温循环设备，使用单片机实现步进电机和自动输液氮控制，在数据采集卡的外围加设多路模拟开关来增加采集卡的模拟通道数目，同时实现了设备控制模块和信号监测模块的分离。从而达到提高设备稳定性、增强可操作性，和监测数十路以上模拟信号的目的。其中自动输液氮控制模块体积小、成本低、方便灵活、可移植性强，可以用在其它需要自动输液氮的场合。
Single chip microcomputer and multi-channel analog switch controlled wide temperature range, high and low temperature cycle equipment
A microcontroller and analog switch controlled wide temperature range high temperature circulating equipment, the use of single-chip stepper motor and automatic control in liquid nitrogen, data acquisition card and a peripheral multi-channel analog switch to increase the number of analog channel acquisition card, and realizes the separation equipment control module and signal monitoring module. In order to improve the stability of equipment, enhance operability, and monitor dozens of analog signals over the purpose. The automatic infusion nitrogen control module has the advantages of small volume, low cost, convenience, flexibility and portability, and can be used in other occasions needing automatic infusion of nitrogen.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高低温循环设备，具体地说，是一种适用于在温度循环过程中，要求高温限T1不超过100℃，低温限T2在-100℃以下，具有良好稳定性和可操作性的设备。
技术介绍
“宽温度范围的高低温循环设备”(中国专利申请号200410067891.9)，显示了在星载低温探测器的温度循环试验过程中，能够较好地满足任务要求，并且取得了良好的效益。但是，由于设备的主体功能是基于PC机和LabVIEW的，在运行过程中不够稳定，经常会遇到程序运行终止或者出错的情况，需要非常熟悉设备内部结构的专门维护人员不断地维护，这不但会造成温度试验的中断，而且还会给操作人员带来不便。从设备的稳定性和可操作性方面考虑，必须采用新的技术方法。另外，每个低温探测器至少有几个光敏元，而传热板上可以装4个探测器以上，这样光敏元数目至少有数十个。在温度循环试验时，有时需要对各个光敏元的电阻进行定期监测，而一般的数据采集卡模拟通道往往不够用，这时候需要增加模拟通道数来满足试验或者工程任务的需要。最简单有效的方法是在采集卡的外围加上多路模拟开关。
技术实现思路
综上所述，如何克服已有技术存在工作不够稳定，操作不够方便，以及数据采集卡上模拟开关通道数不够用的缺陷，乃是本专利技术所要解决的技术问题，为此，本专利技术的目的是提供一种基于单片机控制和多路模拟开关的宽温度范围的高低温循环设备。本专利技术的技术方案如下根据本专利技术的一种基于单片机控制和多路模拟开关的宽温范围高低温循环设备，包括步进电机，由步进电机推动传热板在高低温环境之间往复运动，从而使传热板上的被测器件温度往复变化，达到温度循环的目的；和将液氮从母缸向子缸输送的自动输液氮系统；以及一数据采集卡，其特点是还有a.一用于控制电机运动状态的单片机，其设有中断端口连接手动·自动控制模式切换开关K1；设有手动式调控步进马达每次运动的方向和距离的四只端口并相应连接四个开关K2、K3、K4、K5；和由8个端口连接十进制的个位、十位显示器及由8个端口连接数字键盘而形成人-机界面；以及接受传热板温度反馈信号以判定电机运行状态、位置；和提供驱动步进脉冲的端口；b.一用于控制自动输液氮系统的单片机，其设有连接子缸、母缸液位探测器和运输通路控制继电器；以及c.连接该数据采集卡的扩展芯片。具体地，该控制步进电机的单片机经光耦电路与步进电机的驱动端联结；该控制自动输送液氮系统的单片机，由三个输出端口分别经固态继电器SSR0控制气压机、通过固态继电器SSR1控制电磁阀和通过固态继电器SSR2控制步进电机和自动输液氮模块的通断电；以及该经扩展端口的数据采集卡口至少可采集64路模拟信号；在自动输液氮单片机的一个数字端口设置电机运行状态反馈信号，当母缸中液氮发出空缸报警时，一直要等到电机停止运行信号Stm_stop到来时，才会给电机控制与自动输液模块断电。本专利技术具有以下优点1.稳定性好。由于步进电机和自动输液氮采用独立的单片机控制，实现了控制模块和多路信号(如传热板温度，器件温度，光敏元电阻)监测模块的分离，这样当PC机通过数据采集卡对设备中的各个信号进行监测时，即使LabVIEW程序终止运行或者出错，单片机却可以独立地运行，步进电机和自动输液氮照样能够正常运行，温度循环照样进行。2.可操作性强。单片机控制步进电机，可以实现手动控制和自动控制之间的切换。在设备最初装配和设备异常中断后，传热板的位置失位，需要重新调节其位置，这个时候可以通过手动调节，让步进电机按照需要推动传热板移动到合适的位置。而且，这种控制使得设备在正常运转时，能够只根据传热板上反馈回来的温度信号来改变电机运动状态，实现步进电机的自动控制。3.可移植性强。采用单片机控制的自动输液氮系统体积小、成本低、方便灵活、具有多用途。原来采用数据采集卡和PC机控制的自动输液氮系统，需要一台PC机，还需要专门的数据采集卡，成本高，可移植性差。而本专利技术则采用单片机控制的自动输液氮模块，在不更改硬件电路的情况下，只需程序代码上稍作改动就可以直接用于其它需要自动输液氮的场合。4.模拟通道数多。多路开关相当于增加了数据采集卡模拟通道，使得仅靠一块数据采集卡，就可以实现数十路以上的信号监测。附图说明图1为本专利技术中的单片机控制步进电机电路原理图；图2为本专利技术中的温度比较电路原理图；图3为本专利技术中的单片机对步进电机的驱动电路图；图4为本专利技术中的单片机复位电路图；图5为本专利技术中的自动输液氮控制原理图；图6为本专利技术中的液氮子缸液面信号发生模块；图7为本专利技术中的液氮母缸液面信号发生模块；图8为本专利技术中的数据采集卡模拟通道扩展电路原理图；图9为本专利技术中的步进电机控制流程图；图10为本专利技术中的自动输液氮控制流程图。具体实施例方式下面结合图1～图10给出本专利技术较好实施例并作进一步的详细说明本实施例包括两个部分1.步进电机和自动输液氮的单片机控制；2.采集卡模拟通道的扩展。具体情况如下甲、关于本实施例设备的电路结构(一)步进电机的单片机控制如图1所示，单片机芯片U1的P3.2(INT0中断)口外接一个开关K1，用来实现步进电机的手动和自动控制切换。端口P3.0、P3.1、P3.6和P3.7分别外接开关K2、K3、K4和K5，用来设定电机每次运动方向和距离。传热板上的温度反馈信号经过与高低温限比较后的电平信号upward和dwnward，通过异或门U4A，输出电平信号到P1.3，单片机U1通过P1.3的电平状态来判断电机是否需要运动，而且反馈信号upward和dwnward还分别接到P1.6、P1.7端口，用以判断电机运行的方向。P1.4端口输出高低电平来分别控制电机正反转。P1.5端口用来输出步进脉冲。P1.0((ledrun)、P1.1(ledbott)和P1.2(ledtop)分别外接LED3、LED2和LED1，当LED3～LED1灯亮时分别用来显示电机运行、传热板在底端(压紧加热台)和传热板在顶端(压紧液氮子缸)。P0.0～P0.7用来控制两个数码显示管U21和U22，这两个数码管用来显示十位数和个位数。中间是数码管的译码器U6和U3。P2.0～P2.7用来外接键盘U9输入。X1和X2端口外接晶振，给单片机提供时钟。图2表示来自传热板的温度信号转换成正的电压信号后，分成两路V_Ta和V_Tb，通过比较器U7A跟温度循环时的高温限T1(对应的电压Vref_T1)进行比较，同时通过比较器U8A跟低温限T2(对应的电压Vref_T2)进行比较，比较后输出高低电平来作为电机运动方向的判据。当V_Ta＞Vref_T1，U7A输出为1，表示传热板的温度高于高温限T1，；反之，U7A输出为0，表示传热板的温度低于高温限T1。当V_Tb＜Vref_T2，U8A输出为1，表示传热板的温度低于低温限T1；反之，U8A输出为0，表示传热板的温度高于低温限T1。U7A和U8A的输出分别接单片机U1的P1.6和P1.7。图3采用光耦U2D来提高单片机对步进电机的驱动能力，同时使得单片机与电机驱动器隔离，增加单片机的抗干扰能力。电机驱动器通过接插件JP6与光耦输出端相连。单片机U1的P1.4和P1.5输出电机正反转信号和步进脉冲信号接到光耦U2D的输入端，经过光耦输出和接控座JP6接到电机驱动器。图4为单片机的复位电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于单片机控制和多路模拟开关的宽温范围高低温循环设备，包括步进电机，由步进电机推动传热板在高低温环境之间往复运动，从而使传热板上的被测器件温度循环变化；和将液氮从母缸向子缸输送的自动输液氮系统；以及一数据采集卡，其特征在于还有： ａ．一用于控制电机运动状态的单片机，其设有中断端口连接手动.自动控制模式切换开关（Ｋ１）；设有手动式调控步进电机每次运动的方向和距离的四只端口并相应连接四个开关（Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５）；和由８个端口连接十进制的个位、十位显示器及由８个端口连接数字键盘而形成人－机界面；以及接受传热板温度反馈信号以判定电机运行状态、位置；和提供驱动步进脉冲的端口；ｂ．一用于控制自动输液氮系统的单片机，其设有连接子缸、母缸液位探测器和运输通路控制继电器；以及ｃ．连接该数据采集卡的 扩展芯片。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴礼刚，任仁，龚海梅，朱三根，李向阳，方家熊，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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