基于C8051F340單片機的紅外溫度監測系統的設計

摘要：為實(shí)現對裝藥過(guò)程中實(shí)時(shí)溫度的檢測，設計了一套C8051F340單片機與時(shí)分復用技術(shù)進(jìn)行數據采集和通信的多通道溫度采集系統。實(shí)驗驗證了CPLD在進(jìn)行分時(shí)控制時(shí)具有計時(shí)準確，門(mén)選電路設計方便，集成度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結合Silicon Laboratories公司提供的USBXpress開(kāi)發(fā)工具使得單片機與計算機的USB通信實(shí)現變得極為簡(jiǎn)便。
關(guān)鍵詞：紅外測溫；時(shí)分復用；SOC

0 引言
螺旋裝藥過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )因為內部藥品溫度分布不均勻導致在裝藥過(guò)程中藥品內出現氣泡的現象，這嚴重影響了彈體內的藥品質(zhì)量和彈藥參數。因此，本文希望通過(guò)設計一種溫度監測系統來(lái)實(shí)現對腔體內藥品溫度檢測，尋找裝藥過(guò)程中溫度與藥品質(zhì)量之間的關(guān)系。由于裝藥機結構的特殊性，我們無(wú)法通過(guò)傳統的接觸測溫法獲取藥品的溫度。因此本文設計了一種基于紅外測溫方法的系統來(lái)實(shí)現對藥品溫度的實(shí)時(shí)檢測。

1 時(shí)分復用原理
復用方法的設計主要依據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)鐘接口和數據接口。采用復用模式是只需通過(guò)設置合適的時(shí)序和門(mén)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)際應用中當EA有效時(shí)TN9傳感器通過(guò)SPI總線(xiàn)在大約180ms和560ms時(shí)發(fā)送兩次溫度數據，第一次為環(huán)境溫度數據，第二次為目標溫度數據。當EA無(wú)效時(shí)傳感器仍會(huì )發(fā)送數據，只不過(guò)發(fā)送的數據沒(méi)有意義，這時(shí)就需要通過(guò)合適的門(mén)電路控制將無(wú)用信號屏蔽掉。當采用多路采集通道時(shí)，隨著(zhù)傳感器數量的增加所需引腳及控制門(mén)電路會(huì )極大增加，處于精確時(shí)間控制及多門(mén)選電路的需要，數據采集模塊使用CPLD來(lái)實(shí)現相對單片機加門(mén)電路簡(jiǎn)單靈活。

如圖1所示，以雙通道TN9數據接收模塊舉例來(lái)說(shuō)明SPI總線(xiàn)復用方式。EA信號通過(guò)分時(shí)模塊來(lái)控制，由于VHDL語(yǔ)言可以被認為是為CPLD內部邏輯單元建立了連接關(guān)系，在系統運行時(shí)語(yǔ)句本身并不消耗系統時(shí)間，因此通過(guò)寄存器設可以是CPLD的時(shí)間設置極為精確。這里設置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(kāi)始工作，這樣保證不同傳感器回來(lái)的信號不重疊在一起。由于TN9在EA無(wú)效期間仍會(huì )發(fā)送無(wú)效數據，且SPI總線(xiàn)上的DATA線(xiàn)與CLK線(xiàn)空閑時(shí)為高電平，這里設計了如圖1所示的門(mén)控電路來(lái)實(shí)現對無(wú)效信息的屏蔽。