基于C8051F340单片机的红外温度监测系统的设计

摘要：为实现对装药过程中实时温度的检测，设计了一套C8051F340单片机与时分复用技术进行数据采集和通信的多通道温度采集系统。实验验证了CPLD在进行分时控制时具有计时准确，门选电路设计方便，集成度高的优点，同时结合Silicon Laboratories公司提供的USBXpress开发工具使得单片机与计算机的USB通信实现变得极为简便。
关键词：红外测温；时分复用；SOC

0 引言
螺旋装药过程中，经常会因为内部药品温度分布不均匀导致在装药过程中药品内出现气泡的现象，这严重影响了弹体内的药品质量和弹药参数。因此，本文希望通过设计一种温度监测系统来实现对腔体内药品温度检测，寻找装药过程中温度与药品质量之间的关系。由于装药机结构的特殊性，我们无法通过传统的接触测温法获取药品的温度。因此本文设计了一种基于红外测温方法的系统来实现对药品温度的实时检测。

1 时分复用原理
复用方法的设计主要依据TN9红外传感器的信号特征及接口特点，TN9红外温度传感器具有5个接口，其中电源和地不需要接到CPLD上，其余三个接口分别为低电平有效的TN9工作使能接口，工作在主模式的SPI时钟接口和数据接口。采用复用模式是只需通过设置合适的时序和门电路控制就可以将这些具有相同功能的接口连接到同一个模块上。
实际应用中当EA有效时TN9传感器通过SPI总线在大约180ms和560ms时发送两次温度数据，第一次为环境温度数据，第二次为目标温度数据。当EA无效时传感器仍会发送数据，只不过发送的数据没有意义，这时就需要通过合适的门电路控制将无用信号屏蔽掉。当采用多路采集通道时，随着传感器数量的增加所需引脚及控制门电路会极大增加，处于精确时间控制及多门选电路的需要，数据采集模块使用CPLD来实现相对单片机加门电路简单灵活。

如图1所示，以双通道TN9数据接收模块举例来说明SPI总线复用方式。EA信号通过分时模块来控制，由于VHDL语言可以被认为是为CPLD内部逻辑单元建立了连接关系，在系统运行时语句本身并不消耗系统时间，因此通过寄存器设可以是CPLD的时间设置极为精确。这里设置TN9工作周期为1s，400ms时间为高电平(EA禁止)，第一个传感器启动后约200 ms下一个传感器以同样方式开始工作，这样保证不同传感器回来的信号不重叠在一起。由于TN9在EA无效期间仍会发送无效数据，且SPI总线上的DATA线与CLK线空闲时为高电平，这里设计了如图1所示的门控电路来实现对无效信息的屏蔽。