引言

電子電氣元件， 尤其是大規模集成電路因發熱而產生的問題一直難于解決。而工業屏柜作為一種集成有多種電子設備的工業產品， 其溫度的升高常常導致其內部的微電子元件（如PN節） 發生溫度漂移而使得各種參數發生改變， 從而導致程序運行混亂而失去其原有的功能， 或與其原有的功能偏差過大而導致故障。在工業控制設備的計數系統、繼電保護系統、數控液晶顯示模塊、溫度控制單元的模塊、各類傳感器、變頻器中的IGBT模塊和數控及報警顯示等設備中， 都會存在因過熱而導致的設備過熱報警或故障。

針對此問題， 可以為工業屏柜車設計散熱節能方案， 以對工業屏溫度進行實時監控， 使其能夠及時作出響應并進行散熱， 而在沒有過熱的狀態下僅處于監控狀態， 這樣就可達到散熱和節能的雙重目的。

1 系統功能特點

工業屏柜長時間運行時， 特別是環境溫度較高的氣候條件下運行時， 可能會因過熱而停機，造成無法正常運行， 進而造成嚴重的生產損失。

因此， 本文引入了一種單片機實時溫度測控方案。該方案可對工業屏的溫度進行實時監測， 一旦發生過熱， 馬上對其采用適當的降溫散熱措施， 使其溫度被控制在規定的安全范圍之內， 從而保證其正常運行。

圖1所示是該工業屏散熱系統的結構框圖。

圖1 工業屏柜散熱系統結構框圖。

2 系統硬件設計

本方案中采用的散熱系統是由熱電偶溫度傳感器來負責采集工業屏柜的溫度信號， 然后通過電路中的信號器對采集到的溫度信號進行放大，再經過A/D轉換器進行轉換， 最后輸入到MCS-51系列的8031單片機中對信號進行處理。處理后的結果主要有兩方面用途， 其一是要將溫度數值傳送到LED數碼顯示管中進行顯示； 另一方面是根據要求將溫度數值與安全界限溫度進行對比： 若其溫度高于安全界限溫度， 單片機則會發出指令以開啟散熱風扇對工業屏柜進行降溫； 當溫度低于安全界限溫度時， 單片機則會發出指令立即關閉散熱風扇。這樣， 既可保證工業屏溫度處于安全狀態的， 同時又非常節能， 而且也大大降低了系統能耗。

2.1 溫度測量電路

本系統采用的熱電偶溫度傳感器是工業上最常用的溫度檢測元件之一， 由于該溫度檢測元器具有測量精度高、測量范圍廣、結構簡單、使用方便等特點， 所以， 本系統以熱電偶溫度傳感器來監測工業屏柜的溫度變化。其工作原理是在確定電極材料之后， 將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來， 以構成一個閉合回路。這樣，當導體A和B之間存在溫差時， 兩者之間便產生電動勢， 從而在回路中形成一個具有一定大小的電流， 這種現象稱為熱電效應。由熱電效應產生的電動勢只與工作端溫度成單值函數關系， 結合這一關系， 本文設計了一種熱電偶溫度測量的方案。其原理圖如圖2所示。

圖2 熱電偶溫度測量電路。

2.2 A/D轉換電路

本設計采用8位數模轉換芯片ADC0804來對信號進行轉換， 并將轉換后的數據送入芯片進行處理， 最終將溫度數值傳送至顯示屏進行顯示，其原理電路如圖3所示。

圖3 A/D轉換電路。

3 系統軟件設計

本系統從模塊化軟件設計理論出發， 將軟件系統分成了幾個子模塊， 這樣可以增強各個模塊的可操作性， 便于進行改進和維護， 同時調用調試起來也比較容易。本系統軟件主要分為三個模塊， 包括數據采集、數據處理、溫度顯示， 圖4所示是其軟件設計框圖。

圖4 軟件設計框圖。

4 結束語

本文介紹了一種用單片機結合熱電偶溫度傳感器來實現工業屏柜溫度實時監測和控制的散熱方案和實現方法。該方法在實際操作過程中具有較高的測量精度， 而且實用性強， 同時節能減排效果也比較明顯。此外， 本控制系統可以通過改進應用到多種需要進行散熱的電器及多種工業設備之中。