一種焊接溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

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(duì)保證焊接質(zhì)量至關(guān)重要。非接觸式紅外測(cè)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(cè)溫儀可以實(shí)現(xiàn)在線焊接溫度測(cè)量，并且可以進(jìn)一步構(gòu)成焊接溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 紅外測(cè)溫原理

紅外測(cè)溫是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)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(yàn)都證明輻射能量與溫度成正比。

紅外測(cè)溫儀內(nèi)設(shè)光學(xué)裝置，可以收集來(lái)自物體的輻射紅外線能量，并把該能量聚焦在探測(cè)器上。輻射能量是以波動(dòng)的方式傳播的，并可以通過(guò)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(hào)，并被放大、顯示出來(lái)。對(duì)于從室溫到上千攝氏度這樣的工業(yè)中常用的測(cè)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(cè)溫。

2 紅外測(cè)溫儀的硬件設(shè)計(jì)方案

紅外測(cè)溫儀采用凌陽(yáng)科技公司的SPCE061A單片機(jī)及LED鍵盤控制電路和紅外測(cè)溫傳感器電路實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

該測(cè)溫儀包括按鍵、音頻輸出和紅外測(cè)溫部分。

其中，按鍵部分：按鍵開始測(cè)溫，一直按下，聽到聲音表示測(cè)溫完畢。音頻輸出部分：主要是將SPCE061A兩路音頻輸出端通過(guò)LM386放大，經(jīng)揚(yáng)聲器播放。

紅外測(cè)溫部分：主要是通過(guò)SPCE061A I/O口的控制，將所測(cè)得的溫度接收到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)在線溫度測(cè)量。然后，單片機(jī)經(jīng)過(guò)處理控制輸出，來(lái)調(diào)整焊接功率的輸出。

凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A作為該測(cè)溫系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)控制啟動(dòng)溫度測(cè)量、接收測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)算溫度值，并根據(jù)取得的鍵值控制播放顯示過(guò)程，同時(shí)通過(guò)音頻輸出通道播報(bào)溫度值;紅外測(cè)溫傳感器電路負(fù)責(zé)溫度的測(cè)量、采集，并將采集數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)端口傳送到SPCE061A單片機(jī);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(shí)現(xiàn)1*8鍵盤，IOA13- IOA15控制紅外測(cè)溫傳感器電路的啟動(dòng)、時(shí)鐘及數(shù)據(jù)接收。LED鍵盤控制電路和紅外測(cè)溫傳感器電路的VCC和GND均與SPCE061A共用。

2.1 SPCE061A單片機(jī)

SPCE061A是凌陽(yáng)公司研發(fā)生產(chǎn)的性價(jià)比很高的一款16位單片機(jī)，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(duì)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.

表1 SPCE061A的特性參數(shù)

另外，SPCE061A單片機(jī)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(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用，并且提供了語(yǔ)音錄放的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就會(huì)很容易完成語(yǔ)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(cè)溫控制電路

紅外測(cè)溫控制電路解決了傳統(tǒng)測(cè)溫時(shí)必須接觸測(cè)溫的問(wèn)題，并且具備響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣以及可同時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度的特點(diǎn)。

紅外測(cè)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3.3 V;數(shù)據(jù)接收引腳D:沒(méi)有數(shù)據(jù)接收時(shí)D為高電平;時(shí)鐘引腳C:為2kHz Clock輸出;接地引腳G和測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)引腳A:低電平有效。

紅外測(cè)溫控制電路在Clock的下降沿接收數(shù)據(jù)，一次溫度測(cè)量需接收5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這5個(gè)字節(jié)中：

Item若為0x4c,表示測(cè)量目標(biāo)溫度;若為0x66,則表示測(cè)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(yàn)證碼，接收正確時(shí)Sum=Item+MSB+LSB; CR 為結(jié)束標(biāo)志， 當(dāng)CR 為0x0dH時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。

無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測(cè)到Item為0x4cH或者0x66H,同時(shí)檢測(cè)到CR為0x0dH,它們的溫度計(jì)算方法都相同。計(jì)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(shí)高八位為MSB,低八位為L(zhǎng)SB.

3 紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)

紅外測(cè)溫儀的軟件程序包括：主程序、測(cè)溫程序、播放顯示程序、鍵盤掃描程序等。

紅外測(cè)溫儀的主程序方框圖如圖3所示。在主程序中，調(diào)用了測(cè)量溫度程序測(cè)量數(shù)據(jù)，其程序流程如圖4所示。定義一個(gè)返回變量，根據(jù)這個(gè)返回變量在主程序可以判斷是否測(cè)量到正確數(shù)據(jù);調(diào)用啟動(dòng)測(cè)量程序啟動(dòng)測(cè)溫;調(diào)用讀測(cè)量數(shù)據(jù)程序，讀取測(cè)量數(shù)據(jù);判斷第1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是否為0x4c或者0x66,也就是判斷是否測(cè)到目標(biāo)溫度或者環(huán)境溫度，是，則依次取第2個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)和第3個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，如果第5個(gè)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(jì)算公式計(jì)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。