带有红外接口的移动式温度数据采集仪的研制

     张晓莹 刘丽华

     来源：《电子技术应用》

     摘要：介绍了基于单片机的移动式温度数据采集仪的硬件设计，串行红外接口的应用及用可视化编程工具vb6.0实现的windows界面的数据接收、处理软件。

     关键词：热电耦

     温度测量 数据采集 红外串口通信

     在电子工业中，随着整机集成度的提高和元器件的微型化、复杂化，在印制板上焊接元件时对各种焊接设备（波峰焊、回流焊、smt等）内的温度工艺要求越来越高。这就需要一种可移动的温度数据采集仪器，能随传送带进入焊炉内，测量记录下不同焊点（印制板上的焊盘孔、过孔等）在焊炉内不同位置时的温度参数，并能将测量数据方便地传送给电脑，进行数据曲线的显示、分析和打印，以便制定和执行合适的工艺流程。

     无线通信可以去除设备对线缆和连接器的依赖。irda红外通信是一种低价且适应性广的短距离无线通信技术，只要通信双方都支持irda协议，就能很快建立通信链路，实现数据交换。近来红外通信在电子设备中得到了广泛的应用。为此，研制了带有红外接口的移动式温度数据采集仪。该仪器由可充电电流供电，以1hz的采集率同时对≤8的温度测量点采集600s的数据。温度测量范围为0℃～300℃，测量精度为满量程的1%。测量数据存于e2prom中，可掉电保存，直到下次采集数据更新。通过串行红外接口，仪器可将存储的测量数据方便地传送给电脑。用可视化编程工具visual

     basic6.0制作了windows界面的数据接收和处理软件，既方便硬件间的连接又便于测量数据的输出与分析。

     1 采集仪的硬件原理

     仪器的硬件设计贯彻了确保性能、缩小外形（特别是高度要求苛刻）、便于移动、降低功耗和内隔热的原则。硬件框图如图1所示。图1中数据存储单元是具有i2c串行接口的e2prom，用于保存测量数据。红外接口电路采用vishay公司的tfds4500串行红外收发模块及其控制器toim3232。

     1.1 信号调理及ad595芯片的作用

     八个通道的k分度号热电偶将温度信号转换成mv级电压信号输入给采集仪。信号调理电路包括多路切换电路和热偶信号调理专用电路ad595.在实际的热电偶测温中，必须进行冷端被偿、调零、电压放大和线性化等比较繁琐的工作，否则会造成很大的误差。ad595是ad公司针对上述问题设计的专用芯片，内部具有放大、冷端被偿、冰点基准、温差电偶故障报警等电路。被测温度与ad595输出电压的关系是10mv/℃，芯片在+5v～+30v范围内都可正常工作。随所测温度量程增大，电源电压应相应提高。图2是模拟开关电路cd4051与ad595组成的信号调理电路。需注意的是，ad595的第1脚要求接热电偶正极且接地，模拟开关切换的是各热电偶的负极。图2中电位器w用于微调冷端补偿电压。ad595的7脚是负电源端，由于不测0℃以下温度，不用负压供电，所以7脚可接地。ad595的12、13脚是热偶故障报警电路的输出端，13端接地后，集电极开路的12脚接上拉电阻。热偶正常时输出高电平，断偶故障时输出低电平。将这个逻辑是怦引入单片机，用于对14脚热偶电压的正确判断。

     1.2 模数转换及max144电路的应用

     模数转换电路是以单片机核心的数据采集系统的关键环节，这里采用美信公司12bit串行输出的a/d器件max144。它具有两个输入通道，通道ch1用于转换来自信号调理电路的温度测量信号；另一通信ch0用来转换仪器内的电池电压信号（电池电压的高低，在电脑显示数据曲线的同时告知用户）。max144是8脚μmax封装，非常适合于微小型手持仪器，其引脚功能及周边接线如图3所示。max144的引脚5是基准电压引入端，用4.096v的ad292作为外接基准源，模拟输入信号1mv对应于数字输出1个字，相当于温度0.1℃的分辨率。max144的串行输出是spi/qsp兼容接口。cs、sclk、dout分别接单片机的三条i/o口线，其读入a/d转换结果的子程序框图如图4所示。转换结果的第13位用来判别读入的是哪个a/d通道。每个测量值两个字节，按顺序存入e2prom中。