張曉瑩 劉麗華

     來源：《電子技術應用》

     摘要：介紹了基于單片機的移動式溫度數據采集儀的硬件設計，串行紅外接口的應用及用可視化編程工具vb6.0實現的windows界面的數據接收、處理軟件。

     關鍵詞：熱電耦

     溫度測量 數據采集 紅外串口通信

     在電子工業中，隨著整機集成度的提高和元器件的微型化、復雜化，在印制板上焊接元件時對各種焊接設備（波峰焊、回流焊、smt等）內的溫度工藝要求越來越高。這就需要一種可移動的溫度數據采集儀器，能隨傳送帶進入焊爐內，測量記錄下不同焊點（印制板上的焊盤孔、過孔等）在焊爐內不同位置時的溫度參數，并能將測量數據方便地傳送給電腦，進行數據曲線的顯示、分析和打印，以便制定和執行合適的工藝流程。

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

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

     1 采集儀的硬件原理

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

     1.1 信號調理及ad595芯片的作用

     八個通道的k分度號熱電偶將溫度信號轉換成mv級電壓信號輸入給采集儀。信號調理電路包括多路切換電路和熱偶信號調理專用電路ad595.在實際的熱電偶測溫中，必須進行冷端被償、調零、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計的專用芯片，內部具有放大、冷端被償、冰點基準、溫差電偶故障報警等電路。被測溫度與ad595輸出電壓的關系是10mv/℃，芯片在+5v～+30v范圍內都可正常工作。隨所測溫度量程增大，電源電壓應相應提高。圖2是模擬開關電路cd4051與ad595組成的信號調理電路。需注意的是，ad595的第1腳要求接熱電偶正極且接地，模擬開關切換的是各熱電偶的負極。圖2中電位器w用于微調冷端補償電壓。ad595的7腳是負電源端，由于不測0℃以下溫度，不用負壓供電，所以7腳可接地。ad595的12、13腳是熱偶故障報警電路的輸出端，13端接地后，集電極開路的12腳接上拉電阻。熱偶正常時輸出高電平，斷偶故障時輸出低電平。將這個邏輯是怦引入單片機，用于對14腳熱偶電壓的正確判斷。

     1.2 模數轉換及max144電路的應用

     模數轉換電路是以單片機核心的數據采集系統的關鍵環節，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用于轉換來自信號調理電路的溫度測量信號；另一通信ch0用來轉換儀器內的電池電壓信號（電池電壓的高低，在電腦顯示數據曲線的同時告知用戶）。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是基準電壓引入端，用4.096v的ad292作為外接基準源，模擬輸入信號1mv對應于數字輸出1個字，相當于溫度0.1℃的分辨率。max144的串行輸出是spi/qsp兼容接口。cs、sclk、dout分別接單片機的三條i/o口線，其讀入a/d轉換結果的子程序框圖如圖4所示。轉換結果的第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，按順序存入e2prom中。