基于C8051F340單片機(jī)的紅外溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為實(shí)現(xiàn)對裝藥過程中實(shí)時(shí)溫度的檢測，設(shè)計(jì)了一套C8051F340單片機(jī)與時(shí)分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通信的多通道溫度采集系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了CPLD在進(jìn)行分時(shí)控制時(shí)具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，門選電路設(shè)計(jì)方便，集成度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合Silicon Laboratories公司提供的USBXpress開發(fā)工具使得單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的USB通信實(shí)現(xiàn)變得極為簡便。
關(guān)鍵詞：紅外測溫；時(shí)分復(fù)用；SOC

0 引言
螺旋裝藥過程中，經(jīng)常會因?yàn)閮?nèi)部藥品溫度分布不均勻?qū)е略谘b藥過程中藥品內(nèi)出現(xiàn)氣泡的現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了彈體內(nèi)的藥品質(zhì)量和彈藥參數(shù)。因此，本文希望通過設(shè)計(jì)一種溫度監(jiān)測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對腔體內(nèi)藥品溫度檢測，尋找裝藥過程中溫度與藥品質(zhì)量之間的關(guān)系。由于裝藥機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，我們無法通過傳統(tǒng)的接觸測溫法獲取藥品的溫度。因此本文設(shè)計(jì)了一種基于紅外測溫方法的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對藥品溫度的實(shí)時(shí)檢測。

1 時(shí)分復(fù)用原理
復(fù)用方法的設(shè)計(jì)主要依據(jù)TN9紅外傳感器的信號特征及接口特點(diǎn)，TN9紅外溫度傳感器具有5個(gè)接口，其中電源和地不需要接到CPLD上，其余三個(gè)接口分別為低電平有效的TN9工作使能接口，工作在主模式的SPI時(shí)鐘接口和數(shù)據(jù)接口。采用復(fù)用模式是只需通過設(shè)置合適的時(shí)序和門電路控制就可以將這些具有相同功能的接口連接到同一個(gè)模塊上。
實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)EA有效時(shí)TN9傳感器通過SPI總線在大約180ms和560ms時(shí)發(fā)送兩次溫度數(shù)據(jù)，第一次為環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，第二次為目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)EA無效時(shí)傳感器仍會發(fā)送數(shù)據(jù)，只不過發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有意義，這時(shí)就需要通過合適的門電路控制將無用信號屏蔽掉。當(dāng)采用多路采集通道時(shí)，隨著傳感器數(shù)量的增加所需引腳及控制門電路會極大增加，處于精確時(shí)間控制及多門選電路的需要，數(shù)據(jù)采集模塊使用CPLD來實(shí)現(xiàn)相對單片機(jī)加門電路簡單靈活。

如圖1所示，以雙通道TN9數(shù)據(jù)接收模塊舉例來說明SPI總線復(fù)用方式。EA信號通過分時(shí)模塊來控制，由于VHDL語言可以被認(rèn)為是為CPLD內(nèi)部邏輯單元建立了連接關(guān)系，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)語句本身并不消耗系統(tǒng)時(shí)間，因此通過寄存器設(shè)可以是CPLD的時(shí)間設(shè)置極為精確。這里設(shè)置TN9工作周期為1s，400ms時(shí)間為高電平(EA禁止)，第一個(gè)傳感器啟動(dòng)后約200 ms下一個(gè)傳感器以同樣方式開始工作，這樣保證不同傳感器回來的信號不重疊在一起。由于TN9在EA無效期間仍會發(fā)送無效數(shù)據(jù)，且SPI總線上的DATA線與CLK線空閑時(shí)為高電平，這里設(shè)計(jì)了如圖1所示的門控電路來實(shí)現(xiàn)對無效信息的屏蔽。