CD4051和AD595制作的溫度采集儀

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。該儀器由可充電電池供電，以1Hz的采集率同時對≤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，直到下次采集將數(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VisualBasic6。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、降低功耗和機(jī)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芯片的應(yīng)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。在實際的熱電偶測溫中，必須進(jìn)行冷端補(bǔ)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)計的專用芯片，內(nèi)部具有放大、冷端補(bǔ)償、冰點(diǎn)基準(zhǔn)、溫差電偶故障報警等電路。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℃以下的溫度，不用負(fù)壓供電，所以7腳可接地。AD595的12、13腳是熱偶故障報警電路的輸出端，13腳接地后，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。將這個邏輯電平引入單片機(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)為核心的數(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；另一通道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。

1。3串行紅外輸出及TFDS4500，TOIM3232的應(yīng)用

紅外輸出主要由Vishay公司的串行紅外收發(fā)模塊TFDS4500完成。此模塊為低功耗、側(cè)式封裝，符合IrDA1。2串行紅外傳輸標(biāo)準(zhǔn)，其最高的紅外傳輸速度為115。2Kbit/s。引腳SC控制收發(fā)模塊的靈敏度。SC為高電平時，模塊的靈敏度提高，可以感測到非常微弱的紅外信號，這樣可以擴(kuò)大傳輸距離，但其抗干擾能力被降低；當(dāng)SC為低電平時，模塊的靈敏度降低，但其抗干擾能力有所提高。在本設(shè)計中，傳輸距離不太遠(yuǎn)，故將SC接地。引腳Vcc-SD為電源/關(guān)閉引腳。當(dāng)該腳為低電平時，紅外傳輸模塊關(guān)閉，達(dá)到低功耗目的。

根據(jù)IrDA紅外傳輸標(biāo)準(zhǔn)，串行紅外傳輸采用特定的脈沖編碼標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)與RS232串行傳輸標(biāo)準(zhǔn)不同。這里采用TOIM3232傳輸控制器，以進(jìn)行RS232編碼和IrDA編碼之間的轉(zhuǎn)換。在輸出模式下，TOIM3232可把RS232信號轉(zhuǎn)換成符合IrDA標(biāo)準(zhǔn)的信號以驅(qū)動紅外發(fā)射器；在接收模式下，它可將IrDA輸入信號轉(zhuǎn)換成符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的信號。該控制器可通過RS232口進(jìn)行編程，以控制輸出脈沖寬度和波特率，其輸出脈沖寬度可程控為1。627μs或3/16位長。因3/16位長功耗大？在本設(shè)計中使用前者。圖5為紅外通信主要信號接線圖。

1。4整機(jī)微功耗設(shè)計

由于采集儀是電池供電，對功耗的要求比較高，主要采取了以下措施：

(1)盡量使用微功耗器件；

(2)通過模擬開關(guān)CD4051的熱偶信號是負(fù)電壓，按一般要求其第7引腳VEE需接負(fù)電源。但實驗證明，CD4051在VEE接地的情況下仍可通過-0。1V~+Vcc的信號。這樣可省去負(fù)電源變換器，既縮小了體積又降低了功耗；

(3)單片機(jī)的CPU在不工作時處于休眠狀態(tài)，MAX144不轉(zhuǎn)換時自動關(guān)斷；

(4)不傳輸數(shù)據(jù)時，紅外傳輸模塊關(guān)閉。最大限度地降低功耗。

2采集儀數(shù)據(jù)傳送和處理的可視化編程