论文部分内容阅读
【摘 要】加固显示器机内温度检测与控制的研究是为了保证的军用加固显示器在抗恶劣环境条件下正常使用。本文通过介绍显示器的关键部位的检测及温度控制方法，结合外部设备加固工艺技术的成熟经验，对显示器的温度检测、控制、热设计等进行了详细分析。
引言
根据加固计算机系统提出的要求，能够准确的对加固显示器内部温度进行实时检测与控制，是加固显示器设计中需要解决的一项关键技术问题。加固显示器是重要的计算机外部设备，工作温度通常在-43℃～+55℃之间，这样的环境势必会对加固显示器的显示效果和电子元器件的适应性产生影响。在低温工作时出现屏幕结霜、图象模糊、响应滞后、甚至无法显示等问题;在高温工作时会出现显示抖动、黑屏等问题。这些问题的出现会直接影响到系统的正常使用。
一、设计思路及技术方案
为了确保加固显示器适应军用环境的使用要求，在低温环境需要对机器内部的关键部位进行预热处理。如对显示控制电路、逆变器电路、显示屏玻璃等部位进行加热，解决低温适应性差的问题。在高温环境对机器内部易发热显控芯片等部位进行风扇散热处理，使温升能迅速向外传导，防止结温过高损坏器件。
合理布置温度检测点，将检测到的温度数据与软件设定值相比较，然后进行相应的控制，使加固显示器达到环境指标要求。当检测到加固显示器内部温度较低时，启动控制电路对相关部位进行加热，在达到显示器适宜的温度后自动停止加热;当检测到显控芯片温度过高时，开启风扇进行散热;并通过串口电路与PC机实现动态温度直观显示，将采集的数据供技术人员分析研究。
由于加固显示器尤其是加固平板显示器体积小、重量轻，因此要求温度检测控制电路体积小、可靠性高，电路的控制元件不对显示电路产生干扰。为此采用Atmel公司AT89C51单片机作为主控制元件，采用Dallas 公司DS18B20数字温度传感器作为温度检测元件，通过外围电路控制加热器和风扇，以达到实时检测控制的目的。DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20是一种低功耗元件，测温范围从-55℃至+125℃，增量值为0.5℃，可把温度信号直接转化成串行的数字信号供微机处理。与传统的热敏电阻相比，热敏电阻虽有较高的灵敏度，但与温度的关系呈较强的非线性，这给较宽温区的标度变换带来一定困难且热敏电阻之间互换性较差。迄今为止，设计中出现的热敏电阻的非线性与自热问题仍然不能同时得到解决，但是数字温度传感器就真正地同时获得高线性度与低自热的性能。并且具有体积小巧、计算精确、性价比高等特点，特别适用于设备内部的温度检测。
为了提高电路可靠性，采用光继电器作为控制加热器和风扇的执行元件;光继电器可根据系统供电选用交流或直流两种类型，具有体积小、可靠性高、无漏磁和火花干扰的优点。为方便使用还设置了手动开关，控制显示屏加热玻璃的加热定时除雾功能。温度检测控制电路的电路框图见图一。
二、电路工作原理及原理图
温度检测控制电路主要分为硬件原理设计和软件程序设计。硬件部分由单片机AT89C51，多个数字温度传感器DS18B20，以及标准的RS232接口转换芯片MAX232等组成。软件采用MCS-51汇编语言编写，由上电自检子程序，复位子程序，启动并读取子程序，高精度温度转换子程序，动态显示子程序，存储子程序等组成系统主程序。
电路采用+12V直流供电，测温时，将数字温度传感器分别固定于显示器内部对温度变化较敏感的部位，温度值经数字温度传感器转化为数字量，经AT89C51的I/O口暂存在数据存储器RAM中，然后通过转换子程序计算得出高精度的温度值，将该值与程序中预先设定值进行比较以决定采取何种方式控制温度。
测试温度首先是要对温度传感器进行编程，温度传感器内部有一个状态寄存器，有九条编程命令可对其进行跟踪测试。温度传感器在恒温模式中只要向温度传感器中的高温寄存器和低温寄存器写入所需温度值，当电路控制测得高温寄存器达到所写的温度值时，高温超限标志就会置“1”。同样，低温也是如此，这样就可以进行温度控制。图三为温度检测控制电路软件流程图。
根据电路原理对各个节点在每种状态下的电压、电流等电气特性进行检测分析，确认硬件电路正确后接下来就是程序的编辑、调试、仿真阶段。采用了Wave6000软件，该软件可以配合硬件进行单片机的硬件仿真，也可以单独进行单片机的软件仿真。利用该软件进行单片機软件的编辑调试和模拟仿真，结合一台写码器，进行单片机的开发工作。调试仿真过程中，发现RAM、寄存器和各外设模块的内容与程序逻辑要求不一致，我们就从程序逻辑结构方面查找原因，修改程序结构和语句，直到符合要求，完成软件模拟仿真。然后，用写码器将软件模拟调试和仿真好的程序的机器码写入芯片中，插入写好程序的芯片后，电路板能够正常工作。计算得出高精度的温度值还可以通过串行接口与PC机实现动态显示备现场观察，所保存的数据可通过串行口与计算机通信，通过计算机就可以获得显示器内部温度变化的情况，这样就达到计算机对所测温度值进行后续处理，管理数据的目的。
三、试验及应用情况
温度检测控制电路的关键是确定高、低温的控制参数。如低温情况下温度值多少时开加热器，达到多少度时关断加热器;短时间内达到正常温度所需要的功率;在高温情况下温度值多少时打开散热风扇，达到多少值时关闭散热风扇;什么时候启动加热玻璃、加热多长时间就可以起到对显示屏玻璃除雾的作用等等。这些参数通过多次摸底试验确定后，在程序中定义函数和变量，并通过相应的子程序完成对外部信号的控制。
最后，将电路板安装于显示器内部，模拟实际使用环境进入高、低温环境试验阶段。温度检测系统启动后，执行相应的控制功能，并通过转换子程序计算得出高精度的温度值，该温度值可通过串行接口与PC机实现动态显示备现场观察。
按电路原理图其制作并已装配焊接完成的温度检测控制电路板。大小只有120mm×105mm。电路板由包括CPU AT89C51、温度检测输入与控制输出口、复位和驱动电路、串行通讯电路、电源滤波电路等组成。在低温时能对显示器内部关键部位自动进行加热控制;在温度超过预定值后自动开启风扇进行散热，保证了显示器在恶劣环境下的正常使用。
结束语
综上所述，温度检测控制技术比采用传统的加热方法具有显著的优点，如易于操作，控制精度高，可靠性高，且能实现实时检测，便于控制。从试验所提供的测试结果和精度分析来看，所采用的方案可行，方法正确，显示效果和测量精度满足要求。解决了加固显示器在低温和高温工作环境适应性差的问题，实现了对加固显示器内部温度进行实时准确的检测并加以控制。适于在加固显示器产品中推广和普及。
参考文献：
[1]杨 俊，《抗恶劣环境外部设备》，西安电子科技大学出版社
[2]李维缇，《液晶显示应用技术》，电子工业出版社
[3]李 华，《MCS-51系列单片机实用接口技术》，北京航空航天大学出版社
[4]牛爱民，《一线式数字温度计DS1820及其应用》，电子技术出版社
（作者单位：山西大众电子信息产业集团有限公司第三研究所）
引言
根据加固计算机系统提出的要求，能够准确的对加固显示器内部温度进行实时检测与控制，是加固显示器设计中需要解决的一项关键技术问题。加固显示器是重要的计算机外部设备，工作温度通常在-43℃～+55℃之间，这样的环境势必会对加固显示器的显示效果和电子元器件的适应性产生影响。在低温工作时出现屏幕结霜、图象模糊、响应滞后、甚至无法显示等问题;在高温工作时会出现显示抖动、黑屏等问题。这些问题的出现会直接影响到系统的正常使用。
一、设计思路及技术方案
为了确保加固显示器适应军用环境的使用要求，在低温环境需要对机器内部的关键部位进行预热处理。如对显示控制电路、逆变器电路、显示屏玻璃等部位进行加热，解决低温适应性差的问题。在高温环境对机器内部易发热显控芯片等部位进行风扇散热处理，使温升能迅速向外传导，防止结温过高损坏器件。
合理布置温度检测点，将检测到的温度数据与软件设定值相比较，然后进行相应的控制，使加固显示器达到环境指标要求。当检测到加固显示器内部温度较低时，启动控制电路对相关部位进行加热，在达到显示器适宜的温度后自动停止加热;当检测到显控芯片温度过高时，开启风扇进行散热;并通过串口电路与PC机实现动态温度直观显示，将采集的数据供技术人员分析研究。
由于加固显示器尤其是加固平板显示器体积小、重量轻，因此要求温度检测控制电路体积小、可靠性高，电路的控制元件不对显示电路产生干扰。为此采用Atmel公司AT89C51单片机作为主控制元件，采用Dallas 公司DS18B20数字温度传感器作为温度检测元件，通过外围电路控制加热器和风扇，以达到实时检测控制的目的。DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20是一种低功耗元件，测温范围从-55℃至+125℃，增量值为0.5℃，可把温度信号直接转化成串行的数字信号供微机处理。与传统的热敏电阻相比，热敏电阻虽有较高的灵敏度，但与温度的关系呈较强的非线性，这给较宽温区的标度变换带来一定困难且热敏电阻之间互换性较差。迄今为止，设计中出现的热敏电阻的非线性与自热问题仍然不能同时得到解决，但是数字温度传感器就真正地同时获得高线性度与低自热的性能。并且具有体积小巧、计算精确、性价比高等特点，特别适用于设备内部的温度检测。
为了提高电路可靠性，采用光继电器作为控制加热器和风扇的执行元件;光继电器可根据系统供电选用交流或直流两种类型，具有体积小、可靠性高、无漏磁和火花干扰的优点。为方便使用还设置了手动开关，控制显示屏加热玻璃的加热定时除雾功能。温度检测控制电路的电路框图见图一。
二、电路工作原理及原理图
温度检测控制电路主要分为硬件原理设计和软件程序设计。硬件部分由单片机AT89C51，多个数字温度传感器DS18B20，以及标准的RS232接口转换芯片MAX232等组成。软件采用MCS-51汇编语言编写，由上电自检子程序，复位子程序，启动并读取子程序，高精度温度转换子程序，动态显示子程序，存储子程序等组成系统主程序。
电路采用+12V直流供电，测温时，将数字温度传感器分别固定于显示器内部对温度变化较敏感的部位，温度值经数字温度传感器转化为数字量，经AT89C51的I/O口暂存在数据存储器RAM中，然后通过转换子程序计算得出高精度的温度值，将该值与程序中预先设定值进行比较以决定采取何种方式控制温度。
测试温度首先是要对温度传感器进行编程，温度传感器内部有一个状态寄存器，有九条编程命令可对其进行跟踪测试。温度传感器在恒温模式中只要向温度传感器中的高温寄存器和低温寄存器写入所需温度值，当电路控制测得高温寄存器达到所写的温度值时，高温超限标志就会置“1”。同样，低温也是如此，这样就可以进行温度控制。图三为温度检测控制电路软件流程图。
根据电路原理对各个节点在每种状态下的电压、电流等电气特性进行检测分析，确认硬件电路正确后接下来就是程序的编辑、调试、仿真阶段。采用了Wave6000软件，该软件可以配合硬件进行单片机的硬件仿真，也可以单独进行单片机的软件仿真。利用该软件进行单片機软件的编辑调试和模拟仿真，结合一台写码器，进行单片机的开发工作。调试仿真过程中，发现RAM、寄存器和各外设模块的内容与程序逻辑要求不一致，我们就从程序逻辑结构方面查找原因，修改程序结构和语句，直到符合要求，完成软件模拟仿真。然后，用写码器将软件模拟调试和仿真好的程序的机器码写入芯片中，插入写好程序的芯片后，电路板能够正常工作。计算得出高精度的温度值还可以通过串行接口与PC机实现动态显示备现场观察，所保存的数据可通过串行口与计算机通信，通过计算机就可以获得显示器内部温度变化的情况，这样就达到计算机对所测温度值进行后续处理，管理数据的目的。
三、试验及应用情况
温度检测控制电路的关键是确定高、低温的控制参数。如低温情况下温度值多少时开加热器，达到多少度时关断加热器;短时间内达到正常温度所需要的功率;在高温情况下温度值多少时打开散热风扇，达到多少值时关闭散热风扇;什么时候启动加热玻璃、加热多长时间就可以起到对显示屏玻璃除雾的作用等等。这些参数通过多次摸底试验确定后，在程序中定义函数和变量，并通过相应的子程序完成对外部信号的控制。
最后，将电路板安装于显示器内部，模拟实际使用环境进入高、低温环境试验阶段。温度检测系统启动后，执行相应的控制功能，并通过转换子程序计算得出高精度的温度值，该温度值可通过串行接口与PC机实现动态显示备现场观察。
按电路原理图其制作并已装配焊接完成的温度检测控制电路板。大小只有120mm×105mm。电路板由包括CPU AT89C51、温度检测输入与控制输出口、复位和驱动电路、串行通讯电路、电源滤波电路等组成。在低温时能对显示器内部关键部位自动进行加热控制;在温度超过预定值后自动开启风扇进行散热，保证了显示器在恶劣环境下的正常使用。
结束语
综上所述，温度检测控制技术比采用传统的加热方法具有显著的优点，如易于操作，控制精度高，可靠性高，且能实现实时检测，便于控制。从试验所提供的测试结果和精度分析来看，所采用的方案可行，方法正确，显示效果和测量精度满足要求。解决了加固显示器在低温和高温工作环境适应性差的问题，实现了对加固显示器内部温度进行实时准确的检测并加以控制。适于在加固显示器产品中推广和普及。
参考文献：
[1]杨 俊，《抗恶劣环境外部设备》，西安电子科技大学出版社
[2]李维缇，《液晶显示应用技术》，电子工业出版社
[3]李 华，《MCS-51系列单片机实用接口技术》，北京航空航天大学出版社
[4]牛爱民，《一线式数字温度计DS1820及其应用》，电子技术出版社
（作者单位：山西大众电子信息产业集团有限公司第三研究所）