一種基于DSP的光纖高溫測量儀的軟件設(shè)計(jì)

　　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(huì)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(dòng)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。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)使用CCS2.0開發(fā)系統(tǒng)。CCS2.0代碼調(diào)試器是一種針對標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試接口的集成開發(fā)環(huán)境IDE[4,5]。

　　光纖高溫測量儀的軟件設(shè)計(jì)主要是將前向通道采集到的一對高溫物體輻射出的不同波長能量的模擬電壓信號，采用AD轉(zhuǎn)換程序并行的轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后經(jīng)過濾波和數(shù)據(jù)處理程序擬合成溫度值后顯示或打印出來。其中，可以對溫度范圍做出限制，若實(shí)際溫度超出設(shè)定范圍，則引發(fā)報(bào)警，同時(shí)顯示“HHH”標(biāo)志。鍵盤操作由中斷程序進(jìn)行響應(yīng)。中斷程序流程圖如圖2所示，主程序流程圖如圖3所示。主程序主要是對TMS320F2812進(jìn)行一些初始化操作，以及調(diào)用其它子程序來構(gòu)成一個(gè)功能程序；中斷程序主要是用來對按鍵進(jìn)行響應(yīng)操作的。

　　圖2 中斷程序流程圖