基于C8051F340單片機的紅外溫度監測系統的設計

摘要：為實現對裝藥過程中實時溫度的檢測，設計了一套C8051F340單片機與時分復用技術進行數據采集和通信的多通道溫度采集系統。實驗驗證了CPLD在進行分時控制時具有計時準確，門選電路設計方便，集成度高的優點，同時結合Silicon Laboratories公司提供的USBXpress開發工具使得單片機與計算機的USB通信實現變得極為簡便。
關鍵詞：紅外測溫；時分復用；SOC

0 引言
螺旋裝藥過程中，經常會因為內部藥品溫度分布不均勻導致在裝藥過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量和彈藥參數。因此，本文希望通過設計一種溫度監測系統來實現對腔體內藥品溫度檢測，尋找裝藥過程中溫度與藥品質量之間的關系。由于裝藥機結構的特殊性，我們無法通過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實現對藥品溫度的實時檢測。

1 時分復用原理
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，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時鐘接口和數據接口。采用復用模式是只需通過設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。
實際應用中當EA有效時TN9傳感器通過SPI總線在大約180ms和560ms時發送兩次溫度數據，第一次為環境溫度數據，第二次為目標溫度數據。當EA無效時傳感器仍會發送數據，只不過發送的數據沒有意義，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，數據采集模塊使用CPLD來實現相對單片機加門電路簡單靈活。

如圖1所示，以雙通道TN9數據接收模塊舉例來說明SPI總線復用方式。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內部邏輯單元建立了連接關系，在系統運行時語句本身并不消耗系統時間，因此通過寄存器設可以是CPLD的時間設置極為精確。這里設置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無效期間仍會發送無效數據，且SPI總線上的DATA線與CLK線空閑時為高電平，這里設計了如圖1所示的門控電路來實現對無效信息的屏蔽。