一种基于TFT‑LCD的高精度智能型碳势控制仪的制作方法

本实用新型属于碳势控制仪，具体涉及一种基于TFT-LCD的高精度智能型碳势控制仪。

背景技术：

为了增加钢表层的含碳量和一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺称为“渗碳”。渗碳作为重要的材料表面强化手段，是应用十分广泛的热处理工艺，在处理过程中，碳势的高精度测量和控制在国内外受到普遍重视。渗碳工艺受多种因素的影响，若控制不当，会造成渗碳层过厚、渗碳不足等缺陷，导致钢制零件的性能不能达到应用要求。采用传统手动调节方式控制渗碳过程，不但对操作员的技术水平与经验有较高要求，而且碳势控制的精度不高，渗碳质量很不稳定，既浪费社会及企业资源，又增加了企业的生产成本。

我国目前有大量的热处理企业单位及设备，但大多数处理设备和工艺落后，不仅能耗大，污染严重，而且设备的可靠性差，自动化程度低，生产质量不稳定。对原有设备进行技术改造，实现渗碳工艺的自动化控制，是在资金有限的情况下，提高钢制零件渗碳质量与企业生产效率，降低企业生产成本的有效途径。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于TFT-LCD的高精度智能型碳势控制仪。

本实用新型的技术方案是：一种基于TFT-LCD的高精度智能型碳势控制仪，包括处理器及外围电路和供电用的电源电路，所述处理器及外围电路与TFT-LCD模组、触摸屏输入、信号采集转换、RS485串行通信、环境温度测量、参数与数据存储、数字量输出、模拟量输出相连，所述信号采集转换与信号滤波放大相连，所述信号滤波放大与热电偶、氧探头相连，所述RS485串行通信与温控仪相连，所述数字量输出与电磁阀、指示灯相连，所述模拟量输出与记录仪相连。

所述电源电路包括交流电源输入，所述交流电源输入与EMC保护电路相连，所述EMC保护电路与AC-DC转换电路相连，所述AC-DC转换电路与Ⅰ号DC-DC转换电路、Ⅱ号DC-DC转换电路相连。

所述信号滤波放大为信号前端处理电路，将热电偶、氧探头输出的电压信号进行预处理，使处理后的电压在信号采集转换的量程内。

所述信号采集转换为A/D转换电路，将信号滤波放大处理后的电压信号进行A/D转换，并将转化后的数据发送至处理器及外围电路进行处理。

所述RS485串行通信为通信接口电路，将处理器及外围电路的控制命令发送给温控仪，所述温控仪对渗碳炉进行温度控制。

所述RS485串行通信与远程监控用的计算机相连。

所述环境温度测量为检测当前环境温度的环境温度测量电路。

所述数字量输出为IO口输出控制电路，将处理器及外围电路的微弱控制电平传递并转换为可以驱动控制电磁阀和指示灯的高压控制电平。

所述模拟量输出为信号D/A转换电路，将碳势的计算结果发送给记录仪。

所述AC-DC转换电路为外围电路、TFT-LCD模组、触摸屏输入、RS485串行通信、环境温度测量、参数与数据存储供电，所述Ⅰ号DC-DC转换电路为信号滤波放大、热电偶供电，所述Ⅱ号DC-DC转换电路为数字量输出、模拟量输出供电。

本实用新型的有益效果如下：

1、选用基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列微处理器作为主芯片构建整个仪表控制系统，其具备高效的处理速度，强大的I/O驱动能力和丰富的外设接口，并且开发过程和普通单片机一样简单，其价格甚至低于市面上有些8位的单片机，使系统具有功耗低、可靠性好、性价比高、抗干扰能力强等特点。

2、采用TFT-LCD模组作为显示部件，电容式触摸屏作为输入部件，并在TFT-LCD显示界面中设计了丰富的中文引导菜单，再加上流畅的触摸控制功能，使得仪表操作简单明了，用户学习与使用非常方便，与市场上绝大多数的数显仪表相比具备明显优势。

3、信号采集转换采用24位的A/D转换芯片AD7793，作为适合高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端，AD7793可以实现仪表在渗碳过程对氧势和温度的高精度测量，进而确保对碳势的高精度测量和控制；而市场上的碳势控制仪基本上采用8位或16位的A/D转换芯片，无论是A/D转换的分辨率还是可靠性都要远远低于本实用新型所选用的AD7793。

附图说明

图1 是本实用新型的电路原理图；

图2 是图1中电源电路的原理框图；

其中：

1 处理器及外围电路 2 TFT-LCD模组

3 触摸屏输入 4 信号滤波放大

5 信号采集转换 6 RS485串行通信

7 环境温度测量 8 参数与数据存储

9 数字量输出 10 模拟量输出

11 电源电路 12 记录仪

13 电磁阀 14 指示灯

15 热电偶 16 氧探头

17 温控仪 18 计算机

19 交流电源输入 20 EMC保护电路

21 AC-DC转换电路 22 Ⅰ号DC-DC转换电路

23 Ⅱ号DC-DC转换电路。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本实用新型进行详细说明：

如图1所示，一种基于TFT-LCD的高精度智能型碳势控制仪，包括处理器及外围电路1和供电用的电源电路11，所述处理器及外围电路1与TFT-LCD模组2、触摸屏输入3、信号采集转换5、RS485串行通信6、环境温度测量7、参数与数据存储8、数字量输出9、模拟量输出10相连，所述信号采集转换5与信号滤波放大4相连，所述信号滤波放大4与热电偶15、氧探头16相连，所述RS485串行通信6与温控仪17相连，所述数字量输出9与电磁阀13、指示灯14相连，所述模拟量输出10与记录仪12相连。

所述处理器及外围电路1，主要由微处理器和光耦芯片组成，负责数据的运算处理以及控制并协调其他模块正常有序运行。

所述TFT-LCD模组2为显示部件，其内部自带TFT-LCD显示控制芯片和图像存储芯片，能够通过接收处理器及外围电路1发出的控制命令来显示菜单界面、运行参数、测量数据及工作状态等等，为处理器及外围电路1的工作减轻很多压力。

所述触摸屏输入3为输入部件，用户可以通过触摸屏输入3发送指令至处理器及外围电路1，再由处理器及外围电路1转达指令给来TFT-LCD模组2，以实现切换界面、修改参数、查看数据及改变工作状态等等。

所述信号滤波放大4为信号前端处理电路，将热电偶15、氧探头16输出的电压信号进行预处理，使处理后的电压在信号采集转换5的量程内。

所述信号采集转换5为A/D转换电路，将信号滤波放大4处理后的电压信号进行A/D转换，即模拟量转换为数字量，并将转化后的数据发送至处理器及外围电路1进行处理。

所述RS485串行通信6为通信接口电路，用于将通讯信号的电平由TTL电平转换为RS-485电平，从而提高通讯信号的抗干扰性和传输距离。RS485串行通信6将处理器及外围电路1的控制命令发送给温控仪17，以改变温控仪17的温度设定值，所述温控仪17对渗碳炉进行温度控制。

所述RS485串行通信6与远程监控用的计算机18相连。计算机18可以对仪表进行查看参数、修改参数、上传数据等等。

所述环境温度测量7为检测当前环境温度的环境温度测量电路。环境温度测量7用于实时测量仪表工作现场的环境温度，并在接收到处理器及外围电路1发出的读取命令后，将当前环境温度的测量结果发送给处理器及外围电路1，以便处理器及外围电路1进行相关的数据计算。

所述参数与数据存储8为数据存储电路，与处理器及外围电路1相连接，其内部的主要芯片为串行Flash存储器，可以按照处理器及外围电路1的指令要求将设置参数和测量数据存储在指定位置，以便于处理器及外围电路1随时读取调用。

所述数字量输出9为IO口输出控制电路，将处理器及外围电路1的微弱控制电平传递并转换为可以驱动控制电磁阀13和指示灯14的高压控制电平。处理器及外围电路1结合温度、氧势和环境温度，通过一定的算法计算出碳势实际值，然后对比用户的碳势设定值，通过PID智能算法控制数字量输出9来调节电磁阀13导通的占空比，同时利用指示灯14显示工作状态，进而使碳势实际值能够保持在碳势设定值附近。

所述模拟量输出10为信号D/A转换电路，即数字量转换为模拟量，将碳势的计算结果发送给记录仪12。

如图2所示，所述电源电路11包括交流电源输入19，所述交流电源输入19与EMC保护电路20相连，所述EMC保护电路20与AC-DC转换电路21相连，所述AC-DC转换电路21与Ⅰ号DC-DC转换电路22、Ⅱ号DC-DC转换电路23相连。

所述EMC保护电路20即电磁兼容性保护电路，主要进行阻容吸收、电压钳位和漏电流保护等等，以保证流入AC-DC转换电路21的交流电源曲线平滑且无电磁干扰引入。

所述AC-DC转换电路21为交流-直流转换电路，用于将EMC保护电路20处理后的交流电源进行AC-DC转换，转换后的直流电一部分进入到Ⅰ号DC-DC转换电路22、Ⅱ号DC-DC转换电路23；另一部分则分别给处理器及外围电路1、TFT-LCD模组2、触摸屏输入3、RD485串行通信6、环境温度测量7和参数与数据存储8供电。

所述Ⅰ号DC-DC转换电路22用于将输出的直流电再进行DC-DC转换，转换后的直流电分别给信号滤波放大4和信号采集转换5供电。

所述Ⅱ号DC-DC转换电路23用于将输出的直流电再进行DC-DC转换，转换后的直流电分别给数字量输出9和模拟量输出10供电。

所述的处理器及外围电路1中的微处理器型号为STM32F103VET6，光耦芯片型号为6N136。

所述的TFT-LCD模组2的型号为DMT64480T35_01W。

所述的信号采集转换5中的A/D转换芯片型号为AD7793。

所述的RS-485串行通信6中的RS-485通信收发芯片型号为MAX485。

所述的环境温度测量7中的数字温度传感器型号为LM75a。

所述的参数与数据存储8中的串行Flash存储器型号为MX25L256。

所述的模拟量输出9中的固态继电器型号为G3MP-202P。

所述的模拟量输出10中的D/A转换芯片型号为DAC7631。

本实用新型具备功耗低、可靠性好、性价比高、抗干扰能力强等特点，本实用新型交互使用性强，便于学习方便操作。