基于DSP處理器的光纖高溫測量儀的設(shè)計(jì)方案

　摘要：介紹了一種基于DSP處理器的光纖高溫測量儀的設(shè)計(jì)方案。該測量儀以TMS320F2812芯片為核心，在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，借助CCS2.0軟件開發(fā)系統(tǒng)完成了儀器的軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，DSP芯片用于高溫測量，可充分發(fā)揮其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，提高測量的實(shí)時(shí)性。

　　1 引言

　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中測控的重要參數(shù)，溫度過高或過低都會對產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響，甚至使產(chǎn)品報(bào)廢、設(shè)備損壞。因此，溫度的測量和控制具有十分重要的作用[1]，在冶金、化工等領(lǐng)域，高溫測量占有極其重要的地位。

　　光纖傳感技術(shù)是繼光纖成功地用于通訊之后發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，采用比色法原理進(jìn)行測溫的光纖高溫測量儀，具有測量精度高、溫度響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、信號損耗少、體積小等優(yōu)點(diǎn)，能有效減小被測物體的發(fā)射率變化、環(huán)境干擾、器件老化等因素帶來的測量誤差，因此，在高溫測量領(lǐng)域，光纖測溫儀得到廣泛的應(yīng)用[2]。

　　目前，光纖高溫測量儀通常采用單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到溫度值。由于單片機(jī)數(shù)據(jù)處理能力不足，其信號處理的算法比較簡單，因此容易造成測量精度的降低。當(dāng)要建立較為完善的信號處理算法以提高精度時(shí)，例如線性補(bǔ)償、修正發(fā)射系數(shù)等，面對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜快速的處理，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測溫就有困難。

　　近年來，隨著DSP技術(shù)的廣泛應(yīng)用，DSP芯片也運(yùn)用到光纖高溫測量儀中，對大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理。DSP芯片的使用大大提高了數(shù)據(jù)處理的能力，從而使儀器的響應(yīng)速度得到提高。本文所設(shè)計(jì)的光纖高溫測量儀主要是針對高精度快速測量高溫的需要而開發(fā)的。

　　2 硬件結(jié)構(gòu)

　　光纖高溫測量儀由光學(xué)部分和電路部分組成，如圖1所示，包括高溫探頭、光電轉(zhuǎn)換部分、信號放大器、信號處理與顯示打印輸出等部分。

　　圖1 測溫儀的結(jié)構(gòu)框圖

　　在光路部分設(shè)計(jì)中，為了保證采樣轉(zhuǎn)換后的信號是平行的，應(yīng)盡量使兩路光路保持對稱。同時(shí)，還應(yīng)該使光路信號不受干擾和衰減，以保證轉(zhuǎn)換成電信號后有較強(qiáng)的和干凈的輸出。在電路部分設(shè)計(jì)中，要盡可能采用典型電路，電路中的相關(guān)器件性能必須匹配，擴(kuò)展器件較多時(shí)，要設(shè)置線路驅(qū)動器。為確保儀器長期可靠運(yùn)行，必須采取相應(yīng)的抗干擾措施[3]。

　　一個(gè)基于DSP的儀器，硬件與軟件相互支持，缺一不可。本文重點(diǎn)介紹軟件設(shè)計(jì)。經(jīng)過分析，我們采用TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320F2812作為處理器的核心，并輔以一些外圍電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能要求。