介绍了基于单片机的移动式温度数据采集仪的硬件设计.doc

《介绍了基于单片机的移动式温度数据采集仪的硬件设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《介绍了基于单片机的移动式温度数据采集仪的硬件设计.doc（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、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

2、。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。该仪器由可充电电池供电，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0300，测量精度为满量程的1%。测量数据存于E2PROM中，可掉电保存，直到下次采集将数据更新。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

3、分析。下图是我根据此文制作的一个温度控制实验板。线路与原文有些改动。原文中的MAX144不易买到。AD改用了TLC2543，基准电压用LM317调成4。096V给AD，这样AD检测出来的值如果是全0温度就是0C。如是全1温度刚好是409。6度。显示精度达到了0。1度。单片机用89C51。感应出来的温度值可以通过液晶屏上显示，也可通过RS-232用计算机显示。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、降低功耗和机内隔热的原则。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

4、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芯片的应用八个通道的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，必须进行冷端补偿、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、冷端补偿、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

5、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以下的温度，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脚接地后，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。将这个逻辑电平引入单片机，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为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

6、道，通道CH1用于转换来自信号调理电路的温度测量信号；另一通道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MAX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，

7、按顺序存入E2PROM中。1.3 串行红外输出及TFDS4500，TOIM3232的应用红外输出主要由Vishay公司的串行红外收发模块TFDS4500完成。此模块为低功耗、侧式封装，符合IrDA1.2串行红外传输标准，其最高的红外传输速度为115.2Kbit/s。引脚SC控制收发模块的灵敏度。SC为高电平时，模块的灵敏度提高，可以感测到非常微弱的红外信号，这样可以扩大传输距离，但其抗干扰能力被降低；当SC为低电平时，模块的灵敏度降低，但其抗干扰能力有所提高。在本设计中，传输距离不太远，故将SC接地。引脚Vcc-SD为电源/关闭引脚。当该脚为低电平时，红外传输模块关闭，达到低功耗目的。根据Ir

8、DA红外传输标准，串行红外传输采用特定的脉冲编码标准，该标准与RS232串行传输标准不同。这里采用TOIM3232传输控制器，以进行RS232编码和IrDA编码之间的转换。在输出模式下，TOIM3232可把RS232信号转换成符合IrDA标准的信号以驱动红外发射器；在接收模式下，它可将IrDA输入信号转换成符合RS232标准的信号。该控制器可通过RS232口进行编程，以控制输出脉冲宽度和波特率，其输出脉冲宽度可程控为1.627s或3/16位长。因3/16位长功耗大在本设计中使用前者。图5为红外通信主要信号接线图。1.4 整机微功耗设计由于采集仪是电池供电，对功耗的要求比较高，主要采取了以下措施

9、：(1)尽量使用微功耗器件；(2)通过模拟开关CD4051的热偶信号是负电压，按一般要求其第7引脚VEE需接负电源。但实验证明，CD4051在VEE接地的情况下仍可通过-0.1V+Vcc的信号。这样可省去负电源变换器，既缩小了体积又降低了功耗；(3)单片机的CPU在不工作时处于休眠状态，MAX144不转换时自动关断；(4)不传输数据时，红外传输模块关闭。最大限度地降低功耗。2 采集仪数据传送和处理的可视化编程采集仪采集完数据后，需将数据传送到主机，以便进行数据曲线的分析、显示和打印。Visual Basic 6.0是一个强大的Windows平台上的软件开发工具。其可视化的编程方法以及向导的功能

10、，使开发人员几乎不用加入太多的代码就可以开发出标准的Windows风格的应用程序。用它编制的采集仪的数据接收和处理软件，界面友好，操作简便。2.1 串口数据接收采集仪中的单片机将采集到的温度数据从E2PROM里取出，以2400bytes/s的波特率向电脑发送。VB6.0通过MSComm控件为应用程序实现串行端口的通讯。串口数据接收程序主要分以下几步：(1)MSComm控件主要属性的设置(初始化)主要包括设置通讯端口、波特率、数据位、停止位、接收缓冲区的最大字节数等。(2)产生OnComm事件的处理过程(中断处理)主要包括设置进度条显示方式、进度条滚动框值清零、读回并删除接收缓冲区中的数据流等。

11、(3)对接收的数据进行预处理对串口接收的数据进行双字节拼装，每个采集数据两个字节，除以10体现温度0.1的分辨率。2.2 数据的显示、保存与打印VB6.0中最有用的ActiveX控件之一是RichTextBox控件。它允许向应用程序添加高级字处理特性，并可用一种称之为RTF的特殊编码标准格式化文本。与HTML(超文本标记语言)相似，RTF把特殊格式化代码添加到文本中，以便传达字体信息、字体大小、类型风格、段落风格和其他一般格式选项。把格式选项的信息和各通道的测量数据处理到一个变体型变量Datatxt中，完成数据的显示。为便于将来查阅测量结果，还需保存数据文件。保存和打开文件的操作用常用对话控件

12、CommandDialog来实现。打印RichTextbox中的内容非常简单，只要使用SelPrint方法并指定想要使用的打印机的内部地址或设备句柄即可。在此程序中，用Printer对象和该对象的hDC属性实现打印。2.3 曲线的显示与打印在屏幕上显示各通道被测温度随时间变化的曲线是必须的。VB6.0的MSChart控件给数据图表的显示提供了极大的方便。MSChart控件可显示的图表类型有三维和二维的条形图、面积图、阶梯图、饼图、折线图等。设置ChartType属性为VtCHChartType2dLine(2维折线图)，设置ColumnCout属性(与图表关联的当前数据网格中的列数)为8(测量

13、最大通道数)，然后将数据赋于控件的行和列(某测量时刻的数据对应于某行，通道号对应于列)。MSChart控件所形成的曲线不能直接打印，可通过剪贴板转换成BMP位图，然后用Printer方法打印。参考文献1 Monolithic Thermocouple Amplifiers with Cold Junction Compensation AD594/AD595 Datasheet Analog Devices Inc19992 MAX144/MAX145 Datasheet MAXIM Inc19983 李玉东Visual Basic 6.0 中文版控件大全北京：电子工业出版社20004 曹长江串行红外收发模块及控制器在红外抄表系统中的应用电子技术应用，2000；26(9)：6972