張曉瑩 劉麗華

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：介紹了基于單片機(jī)的移動式溫度數(shù)據(jù)采集儀的硬件設(shè)計(jì)，串行紅外接口的應(yīng)用及用可視化編程工具vb6.0實(shí)現(xiàn)的windows界面的數(shù)據(jù)接收、處理軟件。

     關(guān)鍵詞：熱電耦

     溫度測量 數(shù)據(jù)采集 紅外串口通信

     在電子工業(yè)中，隨著整機(jī)集成度的提高和元器件的微型化、復(fù)雜化，在印制板上焊接元件時(shí)對各種焊接設(shè)備（波峰焊、回流焊、smt等）內(nèi)的溫度工藝要求越來越高。這就需要一種可移動的溫度數(shù)據(jù)采集儀器，能隨傳送帶進(jìn)入焊爐內(nèi)，測量記錄下不同焊點(diǎn)（印制板上的焊盤孔、過孔等）在焊爐內(nèi)不同位置時(shí)的溫度參數(shù)，并能將測量數(shù)據(jù)方便地傳送給電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)曲線的顯示、分析和打印，以便制定和執(zhí)行合適的工藝流程。

     無線通信可以去除設(shè)備對線纜和連接器的依賴。irda紅外通信是一種低價(jià)且適應(yīng)性廣的短距離無線通信技術(shù)，只要通信雙方都支持irda協(xié)議，就能很快建立通信鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。近來紅外通信在電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。為此，研制了帶有紅外接口的移動式溫度數(shù)據(jù)采集儀。該儀器由可充電電流供電，以1hz的采集率同時(shí)對≤8的溫度測量點(diǎn)采集600s的數(shù)據(jù)。溫度測量范圍為0℃～300℃，測量精度為滿量程的1%。測量數(shù)據(jù)存于e2prom中，可掉電保存，直到下次采集數(shù)據(jù)更新。通過串行紅外接口，儀器可將存儲的測量數(shù)據(jù)方便地傳送給電腦。用可視化編程工具visual

     basic6.0制作了windows界面的數(shù)據(jù)接收和處理軟件，既方便硬件間的連接又便于測量數(shù)據(jù)的輸出與分析。

     1 采集儀的硬件原理

     儀器的硬件設(shè)計(jì)貫徹了確保性能、縮小外形（特別是高度要求苛刻）、便于移動、降低功耗和內(nèi)隔熱的原則。硬件框圖如圖1所示。圖1中數(shù)據(jù)存儲單元是具有i2c串行接口的e2prom，用于保存測量數(shù)據(jù)。紅外接口電路采用vishay公司的tfds4500串行紅外收發(fā)模塊及其控制器toim3232。

     1.1 信號調(diào)理及ad595芯片的作用

     八個通道的k分度號熱電偶將溫度信號轉(zhuǎn)換成mv級電壓信號輸入給采集儀。信號調(diào)理電路包括多路切換電路和熱偶信號調(diào)理專用電路ad595.在實(shí)際的熱電偶測溫中，必須進(jìn)行冷端被償、調(diào)零、電壓放大和線性化等比較繁瑣的工作，否則會造成很大的誤差。ad595是ad公司針對上述問題設(shè)計(jì)的專用芯片，內(nèi)部具有放大、冷端被償、冰點(diǎn)基準(zhǔn)、溫差電偶故障報(bào)警等電路。被測溫度與ad595輸出電壓的關(guān)系是10mv/℃，芯片在+5v～+30v范圍內(nèi)都可正常工作。隨所測溫度量程增大，電源電壓應(yīng)相應(yīng)提高。圖2是模擬開關(guān)電路cd4051與ad595組成的信號調(diào)理電路。需注意的是，ad595的第1腳要求接熱電偶正極且接地，模擬開關(guān)切換的是各熱電偶的負(fù)極。圖2中電位器w用于微調(diào)冷端補(bǔ)償電壓。ad595的7腳是負(fù)電源端，由于不測0℃以下溫度，不用負(fù)壓供電，所以7腳可接地。ad595的12、13腳是熱偶故障報(bào)警電路的輸出端，13端接地后，集電極開路的12腳接上拉電阻。熱偶正常時(shí)輸出高電平，斷偶故障時(shí)輸出低電平。將這個邏輯是怦引入單片機(jī)，用于對14腳熱偶電壓的正確判斷。

     1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換及max144電路的應(yīng)用

     模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是以單片機(jī)核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這里采用美信公司12bit串行輸出的a/d器件max144。它具有兩個輸入通道，通道ch1用于轉(zhuǎn)換來自信號調(diào)理電路的溫度測量信號；另一通信ch0用來轉(zhuǎn)換儀器內(nèi)的電池電壓信號（電池電壓的高低，在電腦顯示數(shù)據(jù)曲線的同時(shí)告知用戶）。max144是8腳μmax封裝，非常適合于微小型手持儀器，其引腳功能及周邊接線如圖3所示。max144的引腳5是基準(zhǔn)電壓引入端，用4.096v的ad292作為外接基準(zhǔn)源，模擬輸入信號1mv對應(yīng)于數(shù)字輸出1個字，相當(dāng)于溫度0.1℃的分辨率。max144的串行輸出是spi/qsp兼容接口。cs、sclk、dout分別接單片機(jī)的三條i/o口線，其讀入a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果的子程序框圖如圖4所示。轉(zhuǎn)換結(jié)果的第13位用來判別讀入的是哪個a/d通道。每個測量值兩個字節(jié)，按順序存入e2prom中。