一種焊接溫度測量儀設(shè)計

　　摘要：焊接溫度是關(guān)系到焊接質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一，控制合適的焊接溫度對保證焊接質(zhì)量至關(guān)重要。非接觸式紅外測溫儀為焊接在線溫度監(jiān)控提供了一種有效的技術(shù)手段。采用紅外測溫儀可以實現(xiàn)在線焊接溫度測量，并且可以進(jìn)一步構(gòu)成焊接溫度自動控制系統(tǒng)。
　　
　　1、紅外測溫原理
　　
　　紅外測溫是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的關(guān)系來實現(xiàn)非接觸測溫的一種方法。任何物體受熱后都將一部分熱能轉(zhuǎn)換為輻射能，理論和試驗都證明輻射能量與溫度成正比。　　
　　紅外測溫儀內(nèi)設(shè)光學(xué)裝置，可以收集來自物體的輻射紅外線能量，并把該能量聚焦在探測器上。輻射能量是以波動的方式傳播的，并可以通過光電轉(zhuǎn)換器件和其它相關(guān)的輔助電路、光路構(gòu)成的傳感器，將輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號，并被放大、顯示出來。對于從室溫到上千攝氏度這樣的工業(yè)中常用的測溫范圍，輻射能量較高的光譜在近紅外到紅外波段范圍內(nèi)，所以稱作紅外測溫。
　　
　　2、紅外測溫儀的硬件設(shè)計方案
　　
　　紅外測溫儀采用凌陽科技公司的SPCE061A單片機及LED鍵盤控制電路和紅外測溫傳感器電路實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　
　　該測溫儀包括按鍵、音頻輸出和紅外測溫部分。
　　
　　其中，按鍵部分：按鍵開始測溫，一直按下，聽到聲音表示測溫完畢。音頻輸出部分：主要是將SPCE061A兩路音頻輸出端通過LM386放大，經(jīng)揚聲器播放。
　　
　　紅外測溫部分：主要是通過SPCE061AI/O口的控制，將所測得的溫度接收到單片機中，實現(xiàn)在線溫度測量。然后，單片機經(jīng)過處理控制輸出，來調(diào)整焊接功率的輸出。　　
　　凌陽單片機SPCE061A作為該測溫系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、計算溫度值，并根據(jù)取得的鍵值控制播放顯示過程，同時通過音頻輸出通道播報溫度值;紅外測溫傳感器電路負(fù)責(zé)溫度的測量、采集，并將采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送到SPCE061A單片機;LED鍵盤控制電路中的鍵盤，控制溫度顯示和播放，數(shù)碼管顯示溫度值。該系統(tǒng)的電路連接方式如圖2所示。
　　
　　圖2中，IOA0-IOA7控制數(shù)碼管的段選，IOB0-IOB7控制數(shù)碼管的位選，IOB8-IOB15實現(xiàn)1*8鍵盤，IOA13-IOA15控制紅外測溫傳感器電路的啟動、時鐘及數(shù)據(jù)接收。LED鍵盤控制電路和紅外測溫傳感器電路的VCC和GND均與SPCE061A共用。
　　
　　2.1SPCE061A單片機
　　
　　SPCE061A是凌陽公司研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款16位單片機，它采用高性能的u'nSP內(nèi)核，具有豐富的硬件資源，并集成了ICE（在線仿真電路）接口，可以直接利用該接口對芯片進(jìn)行下載、仿真、調(diào)試等操作。SPCE061A的特性參數(shù)見表1.
　　　　
　　另外，SPCE061A單片機是易學(xué)易用、效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。
　　
　　2.2紅外測溫控制電路
　　
　　紅外測溫控制電路解決了傳統(tǒng)測溫時必須接觸測溫的問題，并且具備響應(yīng)速度快、測量精度高、測量范圍廣以及可同時測量環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度的特點。
　　
　　紅外測溫控制電路包括：電源VCC,一般為3~5V之間的電壓，該電路取VCC為3.3V;數(shù)據(jù)接收引腳D:沒有數(shù)據(jù)接收時D為高電平;時鐘引腳C:為2kHzClock輸出;接地引腳G和測溫啟動信號引腳A:低電平有效。
　　
　　紅外測溫控制電路在Clock的下降沿接收數(shù)據(jù)，一次溫度測量需接收5個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這5個字節(jié)中：
　　
　　Item若為0x4c,表示測量目標(biāo)溫度;若為0x66,則表示測量環(huán)境溫度;MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù);LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù);Sum為驗證碼，接收正確時Sum=Item+MSB+LSB;CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0x0dH時表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。
　　
　　無論測量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測到Item為0x4cH或者0x66H,同時檢測到CR為0x0dH,它們的溫度計算方法都相同。計算公式如式（1）：
　　
　　目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=Temp/16-273.15,（1）式中：Temp為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制時高八位為MSB,低八位為LSB.
　　
　　3、紅外測溫儀的軟件設(shè)計
　　
　　紅外測溫儀的軟件程序包括：主程序、測溫程序、播放顯示程序、鍵盤掃描程序等。
　　
　　紅外測溫儀的主程序方框圖如圖3所示。在主程序中，調(diào)用了測量溫度程序測量數(shù)據(jù)，其程序流程如圖4所示。定義一個返回變量，根據(jù)這個返回變量在主程序可以判斷是否測量到正確數(shù)據(jù);調(diào)用啟動測量程序啟動測溫;調(diào)用讀測量數(shù)據(jù)程序，讀取測量數(shù)據(jù);判斷第1個字節(jié)數(shù)據(jù)是否為0x4c或者0x66,也就是判斷是否測到目標(biāo)溫度或者環(huán)境溫度，是，則依次取第2個字節(jié)數(shù)據(jù)和第3個字節(jié)數(shù)據(jù)，如果第5個字節(jié)數(shù)據(jù)為0x0d,則證明讀到正確數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度計算公式計算溫度值，并且給返回變量賦0,表明已經(jīng)讀到正確的溫度值;否則直接返回。