1 引言

　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量,，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)控的重要參數(shù),，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響，甚至使產(chǎn)品報(bào)廢,、設(shè)備損壞,。因此，溫度的測(cè)量和控制具有十分重要的作用[1],，在冶金,、化工等領(lǐng)域，高溫測(cè)量占有極其重要的地位,。

　　光纖傳感技術(shù)是繼光纖成功地用于通訊之后發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù),，采用比色法原理進(jìn)行測(cè)溫的光纖高溫測(cè)量?jī)x，具有測(cè)量精度高,、溫度響應(yīng)速度快,、抗電磁干擾、信號(hào)損耗少,、體積小等優(yōu)點(diǎn),，能有效減小被測(cè)物體的發(fā)射率變化,、環(huán)境干擾、器件老化等因素帶來(lái)的測(cè)量誤差,，因此,，在高溫測(cè)量領(lǐng)域，光纖測(cè)溫儀得到廣泛的應(yīng)用[2],。

　　目前,，光纖高溫測(cè)量?jī)x通常采用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到溫度值,。由于單片機(jī)數(shù)據(jù)處理能力不足,，其信號(hào)處理的算法比較簡(jiǎn)單，因此容易造成測(cè)量精度的降低,。當(dāng)要建立較為完善的信號(hào)處理算法以提高精度時(shí),，例如線性補(bǔ)償、修正發(fā)射系數(shù)等,，面對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜快速的處理,，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)溫就有困難。

　　近年來(lái),，隨著DSP技術(shù)的廣泛應(yīng)用,，DSP芯片也運(yùn)用到光纖高溫測(cè)量?jī)x中，對(duì)大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理,。DSP芯片的使用大大提高了數(shù)據(jù)處理的能力,，從而使儀器的響應(yīng)速度得到提高。本文所設(shè)計(jì)的光纖高溫測(cè)量?jī)x主要是針對(duì)高精度快速測(cè)量高溫的需要而開(kāi)發(fā)的,。

　　2 硬件結(jié)構(gòu)

　　光纖高溫測(cè)量?jī)x由光學(xué)部分和電路部分組成,，如圖1所示，包括高溫探頭,、光電轉(zhuǎn)換部分,、信號(hào)放大器、信號(hào)處理與顯示打印輸出等部分,。

　　圖1 測(cè)溫儀的結(jié)構(gòu)框圖

　　在光路部分設(shè)計(jì)中,，為了保證采樣轉(zhuǎn)換后的信號(hào)是平行的，應(yīng)盡量使兩路光路保持對(duì)稱(chēng),。同時(shí),，還應(yīng)該使光路信號(hào)不受干擾和衰減，以保證轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后有較強(qiáng)的和干凈的輸出,。在電路部分設(shè)計(jì)中,，要盡可能采用典型電路，電路中的相關(guān)器件性能必須匹配,，擴(kuò)展器件較多時(shí),，要設(shè)置線路驅(qū)動(dòng)器,。為確保儀器長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，必須采取相應(yīng)的抗干擾措施[3],。

　　一個(gè)基于DSP的儀器,，硬件與軟件相互支持，缺一不可,。本文重點(diǎn)介紹軟件設(shè)計(jì),。經(jīng)過(guò)分析，我們采用TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320F2812作為處理器的核心,，并輔以一些外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能要求,。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)使用CCS2.0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。CCS2.0代碼調(diào)試器是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試接口的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE[4,5],。

　　光纖高溫測(cè)量?jī)x的軟件設(shè)計(jì)主要是將前向通道采集到的一對(duì)高溫物體輻射出的不同波長(zhǎng)能量的模擬電壓信號(hào)，采用AD轉(zhuǎn)換程序并行的轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,，然后經(jīng)過(guò)濾波和數(shù)據(jù)處理程序擬合成溫度值后顯示或打印出來(lái),。其中，可以對(duì)溫度范圍做出限制,，若實(shí)際溫度超出設(shè)定范圍,，則引發(fā)報(bào)警，同時(shí)顯示“HHH”標(biāo)志,。鍵盤(pán)操作由中斷程序進(jìn)行響應(yīng),。中斷程序流程圖如圖2所示，主程序流程圖如圖3所示,。主程序主要是對(duì)TMS320F2812進(jìn)行一些初始化操作,，以及調(diào)用其它子程序來(lái)構(gòu)成一個(gè)功能程序；中斷程序主要是用來(lái)對(duì)按鍵進(jìn)行響應(yīng)操作的,。

　　圖2 中斷程序流程圖

　　AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)

　　從前向通道采樣到的一組并行模擬信號(hào)輸入到TMS320F2812芯片中的ADC模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,，流程圖如圖4所示。為了保證兩路并行信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間保持同步,，采用并發(fā)采樣模式,。AD轉(zhuǎn)換后，得到兩個(gè)數(shù)字量U1和U2,，其中U1為波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換值,，U2為波長(zhǎng) 的轉(zhuǎn)換值。根據(jù)測(cè)溫原理,，可知 與T的關(guān)系為：式中的A,、B、C三個(gè)系數(shù)將通過(guò)轉(zhuǎn)換得到的R(T)與用溫度計(jì)實(shí)測(cè)的T的數(shù)據(jù)對(duì)照表經(jīng)最小二乘法擬合曲線獲得,。

　　圖3 主程序流程圖                                                                   圖4 AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理程序流程圖

　　顯示程序設(shè)計(jì)

　　顯示器采用芯片HD7279A來(lái)驅(qū)動(dòng)8位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示,。HD7279A采用串行接口,，無(wú)需外圍元件可直接驅(qū)動(dòng)LED。串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片,，并由CLK端同步,，當(dāng)片選信號(hào)/CS變?yōu)榈碗娖胶螅珼ATA引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫(xiě)入HD7279A的緩沖寄存器,，然后不停的將緩沖寄存器中保存的數(shù)據(jù)輸出,，驅(qū)動(dòng)LED顯示。流程圖如圖5所示,。

　　打印程序設(shè)計(jì)

　　采用SPRM系列微型熱敏打印機(jī)作為打印輸出,。該打印機(jī)除了提供傳統(tǒng)的ESC打印命令外，還提供漢字打印控制命令,。采用并行接口設(shè)計(jì),，打印程序較串口更簡(jiǎn)單一些。初始化打印機(jī)后,，程序判斷打印機(jī)是否“忙”,，若“忙”，則等待,，直至打印機(jī)“不忙”時(shí),，才能將需要打印的字符或數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)TMS320F2812芯片的8位通用I/O口并行地送給打印機(jī)，并通過(guò)STB口告知打印機(jī)該段數(shù)據(jù)已發(fā)送可以接收后,，打印機(jī)才可以讀并口數(shù)據(jù)并打印輸出,。流程圖如圖6所示。

　　光纖高溫測(cè)量?jī)x除了上述介紹的程序外,，還有一些其它程序,，如：最小二乘法擬合曲線程序、報(bào)警程序,、濾波程序等,。報(bào)警程序主要是控制報(bào)警接口的電平，根據(jù)報(bào)警條件（即實(shí)測(cè)溫度是否超過(guò)設(shè)定值）來(lái)確定接口電平的高低,。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣,，單靠硬件濾波有時(shí)無(wú)法濾除干凈，必須加上軟件濾波來(lái)進(jìn)一步清除噪聲,，提高儀器的穩(wěn)定性,、可靠性和抗干擾能力[6]。

　　圖5 顯示程序流程圖                                       圖6 打印程序流程圖

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,，本系統(tǒng)響應(yīng)速度快（響應(yīng)時(shí)間小于15ms）,、使用壽命長(zhǎng)、抗電磁干擾,、靈敏度高,，測(cè)溫范圍為750~1500度,。通過(guò)軟件調(diào)整，能夠完成許多特殊環(huán)境下的在線測(cè)量,。DSP芯片用于高溫測(cè)量,，可充分發(fā)揮其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，提高測(cè)量的實(shí)時(shí)性,，在傳統(tǒng)的高溫測(cè)量領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景,。