摘? 要: 介紹了基于單片機(jī)的移動(dòng)式溫度數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集儀的硬件設(shè)計(jì),串行紅外接口的應(yīng)用及用可視化編程工具VB6.0實(shí)現(xiàn)的WINDOWS界面的數(shù)據(jù)接收" title="數(shù)據(jù)接收">數(shù)據(jù)接收、處理軟件。
關(guān)鍵詞： 熱電耦? 溫度測(cè)量? 數(shù)據(jù)采集? 紅外串口通信
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在電子工業(yè)中,隨著整機(jī)集成度的提高和元器件的微型化,、復(fù)雜化,在印制板上焊接元件時(shí)對(duì)各種焊接設(shè)備(波峰焊、回流焊,、SMT等)內(nèi)的溫度工藝要求越來越高。這就需要一種可移動(dòng)的溫度數(shù)據(jù)采集儀器,能隨傳送帶進(jìn)入焊爐內(nèi),測(cè)量記錄下不同焊點(diǎn)(印制板上的焊盤孔,、過孔等)在焊爐內(nèi)不同位置時(shí)的溫度參數(shù),并能將測(cè)量數(shù)據(jù)方便地傳送給電腦,進(jìn)行數(shù)據(jù)曲線的顯示,、分析和打印,以便制定和執(zhí)行合適的工藝流程。
無線通信可以去除設(shè)備對(duì)線纜和連接器的依賴,。IrDA紅外通信是一種低價(jià)且適應(yīng)性廣的短距離無線通信技術(shù),只要通信雙方都支持IrDA協(xié)議,就能很快建立通信鏈路,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,。近來紅外通信在電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。為此,研制了帶有紅外接口的移動(dòng)式溫度數(shù)據(jù)采集儀,。該儀器由可充電電池供電,以1Hz的采集率同時(shí)對(duì)≤8的溫度測(cè)量點(diǎn)采集600s的數(shù)據(jù),。溫度測(cè)量范圍為0℃～300℃,測(cè)量精度為滿量程的1%。測(cè)量數(shù)據(jù)存于E2PROM中,可掉電保存,直到下次采集將數(shù)據(jù)更新,。通過串行紅外接口,儀器可將存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)方便地傳送給電腦,。用可視化編程工具Visual Basic6.0制作了Windows界面的數(shù)據(jù)接收和處理軟件,既方便硬件間的連接又便于測(cè)量數(shù)據(jù)的輸出與分析。
1 采集儀的硬件原理
儀器的硬件設(shè)計(jì)貫徹了確保性能,、縮小外形(特別是高度要求苛刻)、便于移動(dòng),、降低功耗和機(jī)內(nèi)隔熱的原則,。硬件框圖如圖1所示。圖1中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元是具有I2C串行接口的E2PROM,用于保存測(cè)量數(shù)據(jù),。紅外接口電路采用Vishay公司的TFDS4500串行紅外收發(fā)模塊及其控制器TOIM3232,。
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1.1 信號(hào)調(diào)理" title="信號(hào)調(diào)理">信號(hào)調(diào)理及AD595芯片的應(yīng)用
八個(gè)通道的K分度號(hào)熱電偶將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成mV級(jí)電壓信號(hào)輸入給采集儀。信號(hào)調(diào)理電路包括多路切換電路和熱偶" title="熱偶">熱偶信號(hào)調(diào)理專用電路AD595,。在實(shí)際的熱電偶測(cè)溫" title="測(cè)溫">測(cè)溫中,必須進(jìn)行冷端補(bǔ)償,、調(diào)零、電壓放大和線性化等比較繁瑣的工作,否則會(huì)造成很大的誤差,。AD595是AD公司針對(duì)上述問題設(shè)計(jì)的專用芯片,內(nèi)部具有放大,、冷端補(bǔ)償、冰點(diǎn)基準(zhǔn),、溫差電偶故障報(bào)警等電路,。被測(cè)溫度與AD595輸出電壓的關(guān)系是10mV/℃,芯片在+5V～+30V范圍內(nèi)都可正常工作,。隨所測(cè)溫度量程增大,電源電壓應(yīng)相應(yīng)提高。圖2是模擬開關(guān)電路CD4051與AD595組成的信號(hào)調(diào)理電路,。需注意的是,AD595的第1腳要求接熱電偶正極且接地,模擬開關(guān)切換的是各熱電偶的負(fù)極,。圖2中電位器W用于微調(diào)冷端補(bǔ)償電壓。AD595的7腳是負(fù)電源端,由于不測(cè)0℃以下的溫度,不用負(fù)壓供電,所以7腳可接地,。AD595的12,、13腳是熱偶故障報(bào)警電路的輸出端,13腳接地后,集電極開路的12腳接上拉電阻。熱偶正常時(shí)輸出高電平,斷偶故障時(shí)輸出低電平,。將這個(gè)邏輯電平引入單片機(jī),用于對(duì)14腳熱偶電壓的正確判斷,。
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1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換及MAX144電路的應(yīng)用
模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),這里采用美信公司12bit串行輸出的A/D器件MAX144。它具有兩個(gè)輸入通道,通道CH1用于轉(zhuǎn)換來自信號(hào)調(diào)理電路的溫度測(cè)量信號(hào);另一通道CH0用來轉(zhuǎn)換儀器內(nèi)的電池電壓信號(hào)(電池電壓的高低,在電腦顯示數(shù)據(jù)曲線的同時(shí)告知用戶),。MAX144是8腳μMAX封裝,非常適合于微小型手持儀器,其引腳功能及周邊接線如圖3所示,。MAX144的引腳5是基準(zhǔn)電壓引入端,用4.096V的AD292作為外接基準(zhǔn)源,模擬輸入信號(hào)1mV對(duì)應(yīng)于數(shù)字輸出1個(gè)字,相當(dāng)于溫度0.1℃的分辨率。MAX144的串行輸出是SPI/QSP兼容接口,。CS,、SCLK、DOUT分別接單片機(jī)的三條I/O口線,其讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的子程序框圖如圖4所示,。轉(zhuǎn)換結(jié)果的第13位用來判別讀入的是哪個(gè)A/D通道,。每個(gè)測(cè)量值兩個(gè)字節(jié),按順序存入E2PROM中。
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1.3 串行紅外輸出及TFDS4500,TOIM3232的應(yīng)用
紅外輸出主要由Vishay公司的串行紅外收發(fā)模塊TFDS4500完成,。此模塊為低功耗,、側(cè)式封裝,符合IrDA1.2串行紅外傳輸標(biāo)準(zhǔn),其最高的紅外傳輸速度為115.2Kbit/s。引腳SC控制收發(fā)模塊的靈敏度,。SC為高電平時(shí),模塊的靈敏度提高,可以感測(cè)到非常微弱的紅外信號(hào),這樣可以擴(kuò)大傳輸距離,但其抗干擾能力被降低;當(dāng)SC為低電平時(shí),模塊的靈敏度降低,但其抗干擾能力有所提高,。在本設(shè)計(jì)中,傳輸距離不太遠(yuǎn),故將SC接地。引腳Vcc-SD為電源/關(guān)閉引腳,。當(dāng)該腳為低電平時(shí),紅外傳輸模塊關(guān)閉,達(dá)到低功耗目的,。
根據(jù)IrDA紅外傳輸標(biāo)準(zhǔn),串行紅外傳輸采用特定的脈沖編碼標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)與RS232串行傳輸標(biāo)準(zhǔn)不同。這里采用TOIM3232傳輸控制器,以進(jìn)行RS232編碼和IrDA編碼之間的轉(zhuǎn)換,。在輸出模式下,TOIM3232可把RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合IrDA標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)以驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器;在接收模式下,它可將IrDA輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào),。該控制器可通過RS232口進(jìn)行編程,以控制輸出脈沖寬度和波特率,其輸出脈沖寬度可程控為1.627μs或3/16位長(zhǎng)。因3/16位長(zhǎng)功耗大,，在本設(shè)計(jì)中使用前者,。圖5為紅外通信主要信號(hào)接線圖。
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1.4 整機(jī)微功耗設(shè)計(jì)
由于采集儀是電池供電,對(duì)功耗的要求比較高,主要采取了以下措施:
(1)盡量使用微功耗器件;
(2)通過模擬開關(guān)CD4051的熱偶信號(hào)是負(fù)電壓,按一般要求其第7引腳VEE需接負(fù)電源,。但實(shí)驗(yàn)證明,CD4051在VEE接地的情況下仍可通過-0.1V～+Vcc的信號(hào),。這樣可省去負(fù)電源變換器,既縮小了體積又降低了功耗;
(3)單片機(jī)的CPU在不工作時(shí)處于休眠狀態(tài),MAX144不轉(zhuǎn)換時(shí)自動(dòng)關(guān)斷;
(4)不傳輸數(shù)據(jù)時(shí),紅外傳輸模塊關(guān)閉。最大限度地降低功耗。
2 采集儀數(shù)據(jù)傳送和處理的可視化編程
采集儀采集完數(shù)據(jù)后,需將數(shù)據(jù)傳送到主機(jī),以便進(jìn)行數(shù)據(jù)曲線的分析,、顯示和打印,。
Visual Basic 6.0是一個(gè)強(qiáng)大的Windows平臺(tái)上的軟件開發(fā)工具。其可視化的編程方法以及向?qū)У墓δ?使開發(fā)人員幾乎不用加入太多的代碼就可以開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的Windows風(fēng)格的應(yīng)用程序,。用它編制的采集儀的數(shù)據(jù)接收和處理軟件,界面友好,操作簡(jiǎn)便,。
2.1 串口數(shù)據(jù)接收
采集儀中的單片機(jī)將采集到的溫度數(shù)據(jù)從E2PROM里取出,以2400bytes/s的波特率向電腦發(fā)送。VB6.0通過MSComm控件為應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)串行端口的通訊,。串口數(shù)據(jù)接收程序主要分以下幾步:
(1)MSComm控件主要屬性的設(shè)置(初始化)
主要包括設(shè)置通訊端口,、波特率、數(shù)據(jù)位,、停止位,、接收緩沖區(qū)的最大字節(jié)數(shù)等。
(2)產(chǎn)生OnComm事件的處理過程(中斷處理)
???? 主要包括設(shè)置進(jìn)度條顯示方式,、進(jìn)度條滾動(dòng)框值清零,、讀回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流等。
(3)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理
對(duì)串口接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行雙字節(jié)拼裝,每個(gè)采集數(shù)據(jù)兩個(gè)字節(jié),除以10體現(xiàn)溫度0.1℃的分辨率,。
2.2 數(shù)據(jù)的顯示,、保存與打印
VB6.0中最有用的ActiveX控件之一是RichTextBox控件。它允許向應(yīng)用程序添加高級(jí)字處理特性,并可用一種稱之為RTF的特殊編碼標(biāo)準(zhǔn)格式化文本,。與HTML(超文本標(biāo)記語言)相似,RTF把特殊格式化代碼添加到文本中,以便傳達(dá)字體信息,、字體大小、類型風(fēng)格,、段落風(fēng)格和其他一般格式選項(xiàng),。把格式選項(xiàng)的信息和各通道的測(cè)量數(shù)據(jù)處理到一個(gè)變體型變量Datatxt中,完成數(shù)據(jù)的顯示。
為便于將來查閱測(cè)量結(jié)果,還需保存數(shù)據(jù)文件,。保存和打開文件的操作用常用對(duì)話控件CommandDialog來實(shí)現(xiàn),。
打印RichTextbox中的內(nèi)容非常簡(jiǎn)單,只要使用SelPrint方法并指定想要使用的打印機(jī)的內(nèi)部地址或設(shè)備句柄即可。在此程序中,用Printer對(duì)象和該對(duì)象的hDC屬性實(shí)現(xiàn)打印,。
2.3 曲線的顯示與打印
在屏幕上顯示各通道被測(cè)溫度隨時(shí)間變化的曲線是必須的,。VB6.0的MSChart控件給數(shù)據(jù)圖表的顯示提供了極大的方便。MSChart控件可顯示的圖表類型有三維和二維的條形圖,、面積圖、階梯圖,、餅圖,、折線圖等。設(shè)置ChartType屬性為VtChChartType2dLine(2維折線圖),設(shè)置ColumnCout屬性(與圖表關(guān)聯(lián)的當(dāng)前數(shù)據(jù)網(wǎng)格中的列數(shù))為8(測(cè)量最大通道數(shù)),然后將數(shù)據(jù)賦于控件的行和列(某測(cè)量時(shí)刻的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于某行,通道號(hào)對(duì)應(yīng)于列),。
MSChart控件所形成的曲線不能直接打印,可通過剪貼板轉(zhuǎn)換成BMP位圖,然后用Printer方法打印,。
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參考文獻(xiàn)
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