在高溫下儀表使用的準(zhǔn)確性會(huì)受到氣溫的影響，特殊光電測溫儀表很好的克服了這一弱點(diǎn)，本文討論了特殊光電測溫儀表的功能、硬件。

　　《儀器儀表學(xué)報(bào)》是中國科協(xié)主管、中國儀器儀表學(xué)會(huì)主辦，中國儀器儀表學(xué)科最具影響力的學(xué)術(shù)性刊物。它所刊登的論文代表了中國儀器儀表學(xué)科的最高學(xué)術(shù)水平，反映儀器儀表學(xué)科的前沿、研究熱點(diǎn)，標(biāo)志中國儀器儀表學(xué)科的發(fā)展方向;《儀器儀表學(xué)報(bào)》是中國儀器儀表學(xué)科和相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家探索新理論、新技術(shù)的平臺，是培養(yǎng)和發(fā)現(xiàn)儀器儀表學(xué)科人才的基地，是不同學(xué)派、不同學(xué)術(shù)觀點(diǎn)“百家爭鳴”的園地，其論文是評價(jià)科技研究人員學(xué)術(shù)水平的重要依據(jù)，是國家制定儀器儀表學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略的主要參考之一。

　　本儀表通過電路搭配、AVR單片機(jī)控制、對輸入輸出的較高要求實(shí)現(xiàn)對高溫測量接觸式非接觸式光電高溫傳感器的信號真實(shí)描述。接收接觸非接觸光電測溫傳感器的輸出電壓信號(參照相應(yīng)分度表)，通過一系列電路變換，輸出4-20mA電流信號和任意型鉑銠10-鉑熱電偶的電壓信號(參照任意型鉑銠10-鉑熱電偶分度表)。電源部分采用基于TOPSWITCH器件的單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)，特制變壓器與電感，TL431與TLP521的反饋結(jié)合，由特定制器件組成的保護(hù)電路，三端電壓+5、-5、+24V的輸出。

　　目前國內(nèi)儀表行業(yè)規(guī)模很大，但通常都是民用儀表，對器件、性能指標(biāo)要求的精度不高。本儀表通過電路搭配、AVR單片機(jī)控制、對輸入輸出的較高要求實(shí)現(xiàn)對高溫測量接觸式非接觸式光電高溫傳感器的信號真實(shí)描述。

　　1儀表功能

　　接收接觸非接觸光電測溫傳感器的輸出電壓信號(參照相應(yīng)分度表)，通過一系列電路變換，輸出4-20mA電流信號和任意型鉑銠10-鉑熱電偶的電壓信號(參照任意型鉑銠10-鉑熱電偶分度表)。

　　2硬件部分

　　2.1 電源部分

　　電源部分采用基于TOPSWITCH器件的單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)，特制變壓器與電感，TL431與TLP521的反饋結(jié)合，由特定制器件組成的保護(hù)電路，三端電壓+5、-5、+24V的輸出。TOPSwitch結(jié)構(gòu)，采用DIP-8封裝及SMD-8封裝，有8個(gè)引腳，但8只管腳中有6只管腳實(shí)際是連在一起作為S端，故可簡化成3只管腳，這樣它仍系三端器件。3個(gè)引出端分別是漏極端D、源極端S和控制端C。其中，D是內(nèi)裝MOSFET的漏極，也是內(nèi)部電流的檢測點(diǎn)，啟動(dòng)操作時(shí)，漏極端由一個(gè)內(nèi)部電流源提供內(nèi)部偏置電流。控制端C控制輸出占空比，是誤差放大器和反饋電流的輸入端。在正常操作時(shí)，內(nèi)部的旁路調(diào)整端提供內(nèi)部偏置電流，且能在輸入異常時(shí)自動(dòng)鎖定保護(hù)。源極端S是MOSFET的源極，同時(shí)是TOP開關(guān)及開關(guān)電源初級電路的公共接地點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)。TOPSwitch 性能特點(diǎn)，將脈寬調(diào)制(PWM)控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場效應(yīng)管(MOSFET )、自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓啟動(dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現(xiàn)了無工頻變壓器、隔離式開關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。TOPSwitch器件支持降壓型、升壓型、正激式和反激式功率變換電路，并且很容易和光耦及變壓器初級的反饋電路結(jié)合，無論在連續(xù)傳導(dǎo)模式和不連續(xù)傳導(dǎo)模式下均可工作;輸入交流電壓和頻率的范圍極寬，作固定電壓輸入時(shí)可選110V/115V/230V交流電，允許變化±15%; 在寬電壓范圍輸入時(shí)，適配85V～265V交流電，但最大輸出功率比前者降低40%。TOPSwitch-Ⅱ只有3個(gè)引出端，可以同三端線性集成穩(wěn)壓器相媲美，能以最簡方式構(gòu)成無工頻變壓器的反激式普通型或精密型開關(guān)電源。論文參考網(wǎng)。開關(guān)頻率的典型值為100kHz，允許范圍90kHz～110kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是1.7%～67%。

　　2.2 顯示部分

　　顯示部分采用當(dāng)前流行的AVR單片機(jī)來控制4位顯示模塊。論文參考網(wǎng)。AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機(jī)。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。AVR系列單片機(jī)的特點(diǎn)AVR單片機(jī)是高速單片機(jī)。硬件采用哈佛(Harward)結(jié)構(gòu)，達(dá)到一個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令，絕大部分指令都為單周期指令。而PIC單片機(jī)要4個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令，MSC-51要12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令;AVR 單片機(jī)支持程序的在系統(tǒng)編程ISP，開發(fā)門檻較低。只需一條ISP并口下載線,就可以把程序?qū)懭階VR單片機(jī)，所以進(jìn)入AVR單片機(jī)門檻很低、花錢少。論文參考網(wǎng)。其中MEGA系列還支持在應(yīng)用編程IAP ;AVR 單片機(jī)采用了可多次擦寫的FLASH 存貯器給用戶的開發(fā)生產(chǎn)和維護(hù)帶來方便。AVR單片機(jī)的Flash程序存儲(chǔ)器,可擦寫1000次以上，而新工藝AVR器件, 程序存儲(chǔ)器擦寫可達(dá)10000次以上,因此大家可以放心的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試下載程序;AVR 單片機(jī)有豐富的外設(shè)，如RTC、 WATCHDOG、 AD 轉(zhuǎn)換器、PWM、UART接口等。部分型號還可以使用片內(nèi)振蕩器提供系統(tǒng)1～8 MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘,使該類單片機(jī)無外加晶振器件即可工作;I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力大。AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口,能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。I/O口有輸入/輸出、三態(tài)高阻輸入,也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能,以便于各種應(yīng)用所需(多功能I/O口) 。工業(yè)級產(chǎn)品，具有大電流(灌電流)10～40 mA,可直接驅(qū)動(dòng)可控硅SSR或繼電器, 節(jié)省了外圍驅(qū)動(dòng)器件。 具有較大容量EEPROM，有可擦寫10萬次的EEPROM,為掉電后數(shù)據(jù)的保存帶來方便,來電后能記住掉電時(shí)的工作狀態(tài)，EEPROM容量為64 B～4 KB 。AVR是低功耗單片機(jī)，具有休眠省電功能(Power Down)及閑置(Idle)低功耗功能。一般耗電在1～2.5 mA;對于典型功耗情況,WDT關(guān)閉時(shí)為100 nA,更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。有的器件最低1.8 V即可工作。高度保密性，不可破解的位加密鎖Lock Bit技術(shù)，且具有多重密碼保護(hù)鎖死(Lock)功能;本產(chǎn)品使用的是ATMEGA16型單片機(jī)。

　　2.3 輸入輸出部分

　　輸入輸出部分用模擬器件TL062和4053來控制輸入輸出。通過放大、積分、增益、濾波等一系列電路變換，由AVR單片機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)從輸入到輸出過程的轉(zhuǎn)換。

　　3軟件部分

　　以下給出整個(gè)程序的簡要流程

　　3.1 初始化

　　ldi r16,0x3e ;設(shè)置堆棧

　　out ddrd,r16 ;設(shè)置D口為輸出

　　out ddrc,r16 ;設(shè)置C口為輸出

　　out portb,r16 ;設(shè)置B口上拉電阻

　　ldi r16,0x1f ;看門狗使能2.1秒中斷

　　ldi yl,0x10;設(shè)置y指針0x0010指向EEPROM

　　clr yh

　　ldi zl,0x40;設(shè)置Z指針0x0040指向SRAM

　　clr zh

　　lds r16,0x0094;上限報(bào)警還是下限報(bào)警狀態(tài)送標(biāo)志位

　　3.2 主程序

　　wdr ;看門狗

　　rcall adc1 ;采樣

　　rcall vtot ;計(jì)算

　　sbrs r20,1;判斷當(dāng)前是上限報(bào)警還是下限報(bào)警

　　ldi time,0x85

　　rcall timer;延時(shí)0.1S

　　wdr

　　rcall tkey ;按加減鍵選擇大于等于設(shè)置值時(shí)報(bào)警或小于等于設(shè)置值時(shí)報(bào)警

　　sts 0x0094,r20

　　ldi zl,0x90 ;設(shè)置鍵按下保存設(shè)置值

　　clr zh

　　ldi yl,0x30 ;給y賦指針0x0030指向EEPROM

　　clr yh

　　ldi r16,5 ;循環(huán)指針為5

　　ld r2,z+ ;讀SRAM的指針先減1，再讀入r2

　　rcall rom_w ;調(diào)寫EEPROM子程序

　　adiw yl,1 ;寫EEPROM地址的數(shù)值加1

　　dec r16 ;循環(huán)指針減1

　　brne rs62 ;將SRAM中5個(gè)數(shù)寫入EEPROM的0x0030-0x0034中

　　3.3 子程序

　　數(shù)據(jù)采集

　　ldi r16,0xda ;參考電源為AREF內(nèi)部基準(zhǔn)2.56V,數(shù)據(jù)右對齊

　　out admux,r16 ;差動(dòng)輸入口為ADC2-ADC2(1倍)

　　ldi time,0x33 ;延時(shí)約10mS

　　rcall timer

　　rcall adcd1

　　movw r12,r24

　　clr r14

　　clr r15

　　ldi r16,0xdb ;參考電源為AREF內(nèi)部基準(zhǔn)2.56V,數(shù)據(jù)右對齊

　　out admux,r16 ;差動(dòng)輸入口為ADC3-ADC2(1倍)

　　ldi time,0x33 ;延時(shí)約10mS

　　rcall timer

　　溫度計(jì)算，輸出電壓電流計(jì)算。

　　lds r18,0x0075 ;讀1倍檔基準(zhǔn)值

　　lds r19,0x0076

　　rcall mul16 ;(實(shí)測值-零點(diǎn))×1倍檔基準(zhǔn)值

　　lds r18,0x008e ;讀1倍檔量程標(biāo)定值

　　lds r19,0x008f

　　sub r18,r0 ;標(biāo)定值-零點(diǎn)

　　sbc r19,r1

　　rcall div16 ;(實(shí)測值-零點(diǎn))×基準(zhǔn)值/(標(biāo)定值-零點(diǎn))

　　clr r2

　　ldi zl,low(gdata*2) ;查曲線表，讀表地址

　　ldi zh,high(gdata*2)

　　顯示

　　push r24 ;保護(hù)現(xiàn)場

　　push r25

　　in r24,sreg ;保護(hù)狀態(tài)寄存器

　　push r24

　　ldi r25,1 ;掃描顯示位置最低位(顯示最低位)

　　mov r24,xl ;讀顯示位指針

　　subi r24,0x6a ;減最低位地址

　　校準(zhǔn)讀寫EEPROM 寄存器和數(shù)據(jù)的定義

　　ldi time,0x33 ;延時(shí)10mS防止鍵抖動(dòng)

　　rcall timer

　　sbic pinb,8 ;輸入校準(zhǔn)鍵繼續(xù)按下順執(zhí)

　　ret ;否則退出

　　cbi portd,4

　　ldi r16,0x56 ;顯示L--L

　　sts 0x006a,r16

　　ldi r16,0x40

　　sts 0x003b,r16

　　sts 0x003c,r16

　　ldi r16,0x56

　　sts 0x003d,r16

　　ldi time,0xf9 ;延時(shí)1S

　　rcall timer

　　4結(jié)論

　　本儀表利用AVR單片機(jī)強(qiáng)大的功能加之精確的模擬電路控制，從而實(shí)現(xiàn)對接觸非接觸光電測溫傳感器信號的精確接收轉(zhuǎn)換和輸出。本儀表投產(chǎn)至今，獲得了相關(guān)用戶的一致好評，具有很大的推廣價(jià)值。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]溫正，何嘉揚(yáng)，趙志鵬。AVR單片機(jī)開發(fā)從入門到精通 中國電力出版社 2009

　　[2]丁化成 耿德根李君凱。AVR單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 2002

　　[3]俞阿龍 基于TOPSWITCH器件的單片開關(guān)電源設(shè)計(jì) 電視技術(shù) 2003

　　[4]P.E.Allen, D.R. Holberg CMOSAnalog Circuit Design Saunders College Publishing, 1987[5]P.R. Gray, R.G.Meyer Analysisand Design of Analog Integrated Circuits John Wiley & Sons, 1992