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

摘要：為實現(xiàn)對裝藥過程中實時溫度的檢測，設(shè)計了一套C8051F340單片機與時分復(fù)用技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集和通信的多通道溫度采集系統(tǒng)。實驗驗證了CPLD在進行分時控制時具有計時準確，門選電路設(shè)計方便，集成度高的優(yōu)點，同時結(jié)合Silicon Laboratories公司提供的USBXpress開發(fā)工具使得單片機與計算機的USB通信實現(xiàn)變得極為簡便。
關(guān)鍵詞：紅外測溫；時分復(fù)用；SOC

0 引言
螺旋裝藥過程中，經(jīng)常會因為內(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)計一種溫度監(jiān)測系統(tǒng)來實現(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)計了一種基于紅外測溫方法的系統(tǒng)來實現(xiàn)對藥品溫度的實時檢測。

1 時分復(fù)用原理
復(fù)用方法的設(shè)計主要依據(jù)TN9紅外傳感器的信號特征及接口特點，TN9紅外溫度傳感器具有5個接口，其中電源和地不需要接到CPLD上，其余三個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模塊上。
實際應(yīng)用中當EA有效時TN9傳感器通過SPI總線在大約180ms和560ms時發(fā)送兩次溫度數(shù)據(jù)，第一次為環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，第二次為目標溫度數(shù)據(jù)。當EA無效時傳感器仍會發(fā)送數(shù)據(jù)，只不過發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有意義，這時就需要通過合適的門電路控制將無用信號屏蔽掉。當采用多路采集通道時，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來實現(xiàn)相對單片機加門電路簡單靈活。

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信號通過分時模塊來控制，由于VHDL語言可以被認為是為CPLD內(nèi)部邏輯單元建立了連接關(guān)系，在系統(tǒng)運行時語句本身并不消耗系統(tǒng)時間，因此通過寄存器設(shè)可以是CPLD的時間設(shè)置極為精確。這里設(shè)置TN9工作周期為1s，400ms時間為高電平(EA禁止)，第一個傳感器啟動后約200 ms下一個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線空閑時為高電平，這里設(shè)計了如圖1所示的門控電路來實現(xiàn)對無效信息的屏蔽。