前     言

NTC是負(fù)溫度系數(shù)的英文縮寫，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。利用這一特性，可將NTC熱敏電阻通過測量其電阻值來確定相應(yīng)的溫度，從而達(dá)到檢測和控制溫度的目的。采用不同的制作工藝方法，結(jié)構(gòu)，形狀，可以獲得各種各樣的NTC熱敏電阻，以其為核心制成的溫度傳感器廣泛用于醫(yī)學(xué)等溫度測量領(lǐng)域。NTC在生產(chǎn)出來后，每個(gè)阻值隨溫度變化的特性并不一致，這就需要對NTC按照不同的阻值變化范圍進(jìn)行分選。

目前國類NTC生產(chǎn)廠家主要是用人工加簡要的治具來完成檢測的，不緊效率低而且人工成本高?，F(xiàn)在也有廠家在用NTC自動分選儀，但這些儀器分選都只有一檔而且產(chǎn)能上不去?，F(xiàn)在這套系統(tǒng)可以根據(jù)檢測阻值與標(biāo)準(zhǔn)阻值的百分比來分成八檔，分選百分比由自己設(shè)定。檢測時(shí)是三路同是進(jìn)行的，也就是說每次能檢測三個(gè)電阻，同時(shí)完成分選，產(chǎn)能能達(dá)9000pcs/h。同時(shí)在電阻被檢測前能將電阻校直具有校直機(jī)的功能。本系統(tǒng)以PIC628A單片機(jī)加雙積分AD7135來完成檢測。用PIC16F877A芯片作為下位機(jī)控制NTC分選過程，采用高速單片機(jī)C8051F022做為核心的上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和人機(jī)對話，串行EEPROM芯片來記錄數(shù)據(jù)；并利用CH375芯片將記錄數(shù)據(jù)安全而準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)儲到U盤上，可以方便的對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理，并配以液晶顯示屏，人機(jī)交互更友好。該儀表具有分選準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡便，人機(jī)界面友好，管理方便的優(yōu)點(diǎn)。

一、 系統(tǒng)組成及工作原理

       本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成各個(gè)傳感器信號的采集、轉(zhuǎn)換，電磁閥的動作，數(shù)據(jù)的存儲及各種信息的顯示；軟件主要完成信號的處理和控制，數(shù)據(jù)的管理等功能。軟件方面首先由PIC芯片的程序完成信號的轉(zhuǎn)換和控制，同時(shí)在C8051F022芯片上移植入Small RTOS嵌入式操作系統(tǒng)，使其運(yùn)行的迅速性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性更高，更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理和存儲。

    整個(gè)系統(tǒng)的工作原理是首先將待測NTC電阻在油中并保持其恒溫，然后將其兩端電壓通過雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器件7135轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由單片機(jī)PIC628A傳送給PIC16F877A單片機(jī)，接著PIC16F877A將所得的數(shù)值與先測得的標(biāo)準(zhǔn)電阻的數(shù)值相比較后進(jìn)行分檔，再通過74LS595移位寄存器輸出控制電磁閥的動作，從而將NTC正確的分選出來。同時(shí)PIC16F877A將分檔值通過485通訊傳輸給C8051F022芯片。C8051F022將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的顯示在液晶屏，并把數(shù)據(jù)存入串行EEPROM芯片24AA512中，操作人員隨時(shí)可以用U盤將數(shù)據(jù)拷走保存。C8051F022也可以將輸入的一些參數(shù)，比如速度，分檔值等，保存并傳送給PIC16F877，來控制它的運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

                                        圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二、 硬件構(gòu)成

    該系統(tǒng)硬件主要包括以下三個(gè)模塊；以PIC628A單片機(jī)為核心的檢測模塊，以PIC16F877A單片機(jī)為核心的下位機(jī)控制模塊，包括電磁閥輸出控制部分；以及以C8051F022單片機(jī)為核心的上位機(jī)管理模塊，包括了液晶顯示部分，鍵盤輸入部分，數(shù)據(jù)存儲部分，U盤數(shù)據(jù)輸出部分。

    2.1檢測模塊

     檢測模塊主要由PIC628A單片機(jī)和雙積分AD7135組成。PIC系列單片機(jī)是美國微芯推出的CMOS系列單片機(jī)，該系列芯片采用精簡指令集（RISC），哈佛總線結(jié)構(gòu)，2級流水線取指令方式，具有實(shí)用、低價(jià)、指令集小、簡單易學(xué)、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)展的一種新趨勢。7135為雙積分式14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。檢測精度可以達(dá)到萬分之一。下圖為采樣電路圖，其中REFO為標(biāo)準(zhǔn)電阻，REFX為待測電阻，Vin腳為7135的輸入端。7135的輸出值為待測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的比值。該值經(jīng)PIC628A通過IO口的I²C操作傳給下位機(jī)控制模塊PIC16F877A。

                 圖2 采樣電路                                               


2.2 下位機(jī)控制模塊

PIC16F877A是微芯公司采用14位RISC指令集的中級產(chǎn)品。該芯片內(nèi)含A/D、內(nèi)部EEPROM存儲器、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出、I²C和SPI接口、LCD驅(qū)動、FLASH程序存儲器等功能，應(yīng)用十分廣泛。PIC16F877A首先通過I²C總線從模/數(shù)轉(zhuǎn)換部分獲取數(shù)據(jù)，然后計(jì)算得出分檔值，再驅(qū)動電磁閥動作。其分檔精度能達(dá)到萬分之一。由于所有的待測電阻都是安放在一個(gè)循環(huán)轉(zhuǎn)動的鏈條上，然后由程序控制步進(jìn)電機(jī)帶動鏈條轉(zhuǎn)動，電阻的檢測點(diǎn)和分選點(diǎn)相隔一段距離，當(dāng)電阻分檔完畢后，數(shù)據(jù)首先存放在一個(gè)數(shù)組中，鏈條帶動待測電阻到達(dá)電磁閥安裝地點(diǎn)，此時(shí)PIC16F877A才會將對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入到74LS595移位寄存器，這里采用74LS595是為了節(jié)約單片機(jī)的引腳，74LS595然后將數(shù)據(jù)輸出到ULN2803A八路達(dá)林頓管輸出，以提高輸出驅(qū)動能力來驅(qū)動電磁閥。當(dāng)電阻到達(dá)分選區(qū)后，分選信號操作對應(yīng)檔位的的電磁閥動作，將電阻擋入對應(yīng)檔位的容器內(nèi)，從而完成分選。系統(tǒng)機(jī)械圖如圖3所示

圖3 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.3 上位機(jī)控制模塊

上位機(jī)控制模塊以C8051F022單片機(jī)為核心，通過MAX485與下位機(jī)通訊，可以對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，其中包括了實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲和U盤讀寫，以及數(shù)據(jù)輸入，將參數(shù)傳回下位機(jī)。

C8051F022完全集成混合信號系統(tǒng)，并使用 Cygnal的專利CIP-51微控制器內(nèi)核。CIP-51與MCS-51^TM指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。而CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。70%指令的執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有4條指令的執(zhí)行時(shí)間大于4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。其主要特性如下：

①高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核（可達(dá)25MIPS）。

②全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)度接口（片內(nèi)）。

③真正10位、100ksps的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開關(guān)。

④片內(nèi)看門狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器。

⑤64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器。

⑥4352（4096＋256）字節(jié)的片內(nèi)RAM。

⑦可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口。

⑧硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、SMBus/I²C和兩個(gè)UART串口接口。

⑨5個(gè)通用的16位定時(shí)器。

⑩具有5個(gè)捕捉/比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列。

從上述的芯片特性可以看出，與傳統(tǒng)51芯片相比，可使系統(tǒng)大為簡化。該芯片有片內(nèi)看門狗定時(shí)器可省去外部看門狗電路，并有多達(dá)64K的FLASH存儲器和4352字節(jié)的片內(nèi)RAM無需另外擴(kuò)展EPROM和RAM，另外在系統(tǒng)編程功能為寫程序和調(diào)試都帶來了很大的方便。

    C8051F022在并行總線上外接了12C887時(shí)鐘芯片，液晶顯示屏和U盤控制芯片CH375。12C887時(shí)鐘芯片自帶晶體震蕩器和電池，可以在沒有外部電源的情況下工作10年，內(nèi)有114個(gè)字節(jié)的通用RAM，可以把要保存的參數(shù)進(jìn)行存儲。液晶顯示屏則是用來顯示實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和時(shí)間，還可以通過鍵盤輸入?yún)?shù)，再通過485通訊傳送給下位機(jī)。C8051F022在將數(shù)據(jù)顯示的同時(shí)還將數(shù)據(jù)通過I²C總線連接到64K的串行EEPROM芯片24AA512中。當(dāng)需要將數(shù)據(jù)讀出時(shí)，只需將U盤插入USB接口中，C8051F022就會自動將一個(gè)月或之前一段時(shí)間的數(shù)據(jù)從24AA512中讀出，通過CH375寫入U盤中，數(shù)據(jù)管理十分方便可靠。

三、 軟件構(gòu)成

       該系統(tǒng)的軟件部分也分為下位機(jī)和上位機(jī)兩部分。下位機(jī)主要是完成數(shù)據(jù)的采集，處理和電磁閥動作，上位機(jī)主要是完成參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)管理功能。

       下位機(jī)PIC16F877A的編程是在微芯公司為PIC系列單片機(jī)開發(fā)的軟件集成開發(fā)環(huán)境MPLAB IDE下進(jìn)行的。其程序流程圖如圖3所示。

                                                                                  圖4下位機(jī)程序流程圖