微型溫度測量的數(shù)字化方案
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2.1 寬的工作溫度范圍
為了不僅能夠通過“一線”總線采集溫度信息，而且能夠在工作現(xiàn)場或試驗現(xiàn)場可靠工作，需要系統(tǒng)至少能勉夠在80℃以上的高溫環(huán)境下可靠工作，因此在設(shè)計時應(yīng)對工作溫度范圍予以重視。
2.2 強(qiáng)的抗外界電磁干擾性能
工作在現(xiàn)場環(huán)境下，總是面對比較強(qiáng)烈的電磁干擾，因而需要采取更有效的措施。
首先，在外部供電的輸入接口應(yīng)加入二極管橋依據(jù)電路，防止在一些特殊條件下出現(xiàn)的電流逆向問題，同時也使得內(nèi)外電路的地線隔離，起到抗干擾作用。
由于系統(tǒng)需要和外部設(shè)備進(jìn)行串口通訊，而232串口的電氣接口需要地線作為參考電平（因為外設(shè)系統(tǒng)帶來的電磁干擾可能通過相連地線傳入系統(tǒng)，引起工作異常），因此必須使用完全光耦隔離的方法來提高抗干擾能力。采用光耦隔離器件可抑制電磁干擾，保護(hù)系統(tǒng)電路不受網(wǎng)絡(luò)影響。串口的二線式通訊需要兩個光耦節(jié)點，節(jié)點兩側(cè)需有獨立的供電電源。光耦器件應(yīng)該選擇高速類型。例如TLP113，以滿足在最高通訊速率 （115200bps）下的電氣性能。電路中還應(yīng)采用隔離型DC/DC模塊向串口收發(fā)器電路供電。
2.3 小的系統(tǒng)體積
設(shè)備的小型化是每一個項目所追求的目標(biāo)之一。為了使得設(shè)備便于攜帶、使用方便，在設(shè)計的初期就決定使用I2C等串行接口方式，而不使用速度雖然很快，但是卻占用大量PCB面積、連接線路以及IC管腳的并口方式。簡單的串行接口可以掛接多種不同功能的芯片。因此系統(tǒng)的主芯片選用了具有I2C接口的Philips公司生產(chǎn)的P89C668單片機(jī)。其內(nèi)帶64KB Flash存儲器/8KB RAM存儲器，F(xiàn)lash存儲器既可以并行編程又可以串行在系統(tǒng)編程（ISP），還可以程序自我編程（IAP）。由于時鐘周期為6個時鐘，因此速度是傳統(tǒng)51結(jié)構(gòu)的兩倍。
大量使用串行接口不僅獲得了很小的體積，也使得電路的電氣連接簡單明了。
3 “一線”網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計
由于使用了單片機(jī)構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)，因此在完成硬件設(shè)計后，需要編制相應(yīng)的程序在單處機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行，這樣才能最終完成“一線”網(wǎng)關(guān)的設(shè)計。由于采用的單片機(jī)是與51系列兼容的P89C668，所以使用流行的C51語言編譯軟件Keil C V7.07a編制程序。
系統(tǒng)的核心任務(wù)是通過“一線”總線采集總線上的溫度傳感器數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至串口，特點如下：
?。?）利用DS18B20的總線特點，同步所有溫度采集節(jié)點的采集過程。
在一線總線上發(fā)送同步采集指令，可以使系統(tǒng)在同一時刻采集到各個溫度測量點的溫度數(shù)據(jù)，而避免“一線”總線本身通訊速率低的難題，而且也不用關(guān)心總線上掛接傳感器的具體數(shù)量。流程圖如圖3所示。
?。?）利用EEPROM保存采集節(jié)點的歷史溫度數(shù)據(jù)，允許脫機(jī)運(yùn)行。
系統(tǒng)自帶的EEPROM是掉電數(shù)據(jù)保存的可靠方式。8K的存儲空量和快速的區(qū)域?qū)懭敕绞阶阋詫崟r保存現(xiàn)場采集的測量數(shù)據(jù)和相應(yīng)的時間序列信息。
（3）聯(lián)機(jī)運(yùn)行時間步采集數(shù)據(jù)，通過串口上傳PC機(jī)。
在一般的應(yīng)用方式下，系統(tǒng)通過串口連接現(xiàn)場的PC機(jī)或其它上位設(shè)備，通過通訊接收上位機(jī)的指令，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、保存和傳輸。這種工作方式即“一線”總線溫度傳感器網(wǎng)關(guān)的原始設(shè)計理念。
?。?）聯(lián)機(jī)運(yùn)行時保存的歷史數(shù)據(jù)通過串口上傳PC機(jī)。
由于系統(tǒng)可以保存脫機(jī)時采集的溫度數(shù)據(jù)，因此可以在聯(lián)機(jī)工作時接收命令，通過串口把保存在EEPROM中的歷史數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，方便了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移、備份和分析。
所以，上位機(jī)可以是最普通的PC機(jī)（至少具有一個標(biāo)準(zhǔn)232串口），也可以是具有串行232接口的嵌入式系統(tǒng)。
4 溫度測量數(shù)字化方案的使用實例
本文介紹的技術(shù)在某型加速度計的開發(fā)、試驗中得到了應(yīng)用。在相關(guān)試驗中，為配合溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和其它相關(guān)設(shè)備，編制了應(yīng)用軟件。溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的上位機(jī)功能相關(guān)程序已經(jīng)內(nèi)嵌入該軟件之中。
配套開發(fā)的PC機(jī)（上位機(jī)）控制軟件，其編程環(huán)境為：
系統(tǒng)平臺-Windows2000 Pro SP4中文版
開發(fā)平臺-Visual C++6英文版
以上方案經(jīng)過精心設(shè)計，在多方努力下成功運(yùn)用到某新型MEMS加速度計的研制過程中，取得了良好的效果。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/194916.htm 加速度計相關(guān)文章:加速度計原理
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