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

　　《儀器儀表學報》是中國科協主管、中國儀器儀表學會主辦，中國儀器儀表學科最具影響力的學術性刊物。它所刊登的論文代表了中國儀器儀表學科的最高學術水平，反映儀器儀表學科的前沿、研究熱點，標志中國儀器儀表學科的發展方向;《儀器儀表學報》是中國儀器儀表學科和相關領域科學家探索新理論、新技術的平臺，是培養和發現儀器儀表學科人才的基地，是不同學派、不同學術觀點“百家爭鳴”的園地，其論文是評價科技研究人員學術水平的重要依據，是國家制定儀器儀表學科發展戰略的主要參考之一。

　　本儀表通過電路搭配、AVR單片機控制、對輸入輸出的較高要求實現對高溫測量接觸式非接觸式光電高溫傳感器的信號真實描述。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器件的單片開關電源設計，特制變壓器與電感，TL431與TLP521的反饋結合，由特定制器件組成的保護電路，三端電壓+5、-5、+24V的輸出。

　　目前國內儀表行業規模很大，但通常都是民用儀表，對器件、性能指標要求的精度不高。本儀表通過電路搭配、AVR單片機控制、對輸入輸出的較高要求實現對高溫測量接觸式非接觸式光電高溫傳感器的信號真實描述。

　　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器件的單片開關電源設計，特制變壓器與電感，TL431與TLP521的反饋結合，由特定制器件組成的保護電路，三端電壓+5、-5、+24V的輸出。TOPSwitch結構，采用DIP-8封裝及SMD-8封裝，有8個引腳，但8只管腳中有6只管腳實際是連在一起作為S端，故可簡化成3只管腳，這樣它仍系三端器件。3個引出端分別是漏極端D、源極端S和控制端C。其中，D是內裝MOSFET的漏極，也是內部電流的檢測點，啟動操作時，漏極端由一個內部電流源提供內部偏置電流。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，內部的旁路調整端提供內部偏置電流，且能在輸入異常時自動鎖定保護。源極端S是MOSFET的源極，同時是TOP開關及開關電源初級電路的公共接地點及基準點。TOPSwitch 性能特點，將脈寬調制(PWM)控制系統的全部功能集成到三端芯片中，內含脈寬調制器、功率開關場效應管(MOSFET )、自動偏置電路、保護電路、高壓啟動電路和環路補償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網完全隔離，真正實現了無工頻變壓器、隔離式開關電源的單片集成化，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合，無論在連續傳導模式和不連續傳導模式下均可工作;輸入交流電壓和頻率的范圍極寬，作固定電壓輸入時可選110V/115V/230V交流電，允許變化±15%; 在寬電壓范圍輸入時，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個引出端，可以同三端線性集成穩壓器相媲美，能以最簡方式構成無工頻變壓器的反激式普通型或精密型開關電源。論文參考網。開關頻率的典型值為100kHz，允許范圍90kHz～110kHz，占空比調節范圍是1.7%～67%。

　　2.2 顯示部分

　　顯示部分采用當前流行的AVR單片機來控制4位顯示模塊。論文參考網。AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發出的增強型內置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。AVR系列單片機的特點AVR單片機是高速單片機。硬件采用哈佛(Harward)結構，達到一個時鐘周期可以執行一條指令，絕大部分指令都為單周期指令。而PIC單片機要4個時鐘周期執行一條指令，MSC-51要12個時鐘周期執行一條指令;AVR 單片機支持程序的在系統編程ISP，開發門檻較低。只需一條ISP并口下載線,就可以把程序寫入AVR單片機，所以進入AVR單片機門檻很低、花錢少。論文參考網。其中MEGA系列還支持在應用編程IAP ;AVR 單片機采用了可多次擦寫的FLASH 存貯器給用戶的開發生產和維護帶來方便。AVR單片機的Flash程序存儲器,可擦寫1000次以上，而新工藝AVR器件, 程序存儲器擦寫可達10000次以上,因此大家可以放心的實驗和調試下載程序;AVR 單片機有豐富的外設，如RTC、 WATCHDOG、 AD 轉換器、PWM、UART接口等。部分型號還可以使用片內振蕩器提供系統1～8 MHz的系統時鐘,使該類單片機無外加晶振器件即可工作;I/O口功能強、驅動能力大。AVR單片機的I/O口是真正的I/O口,能正確反映I/O口輸入/輸出的真實情況。I/O口有輸入/輸出、三態高阻輸入,也可設定內部拉高電阻作輸入端的功能,以便于各種應用所需(多功能I/O口) 。工業級產品，具有大電流(灌電流)10～40 mA,可直接驅動可控硅SSR或繼電器, 節省了外圍驅動器件。 具有較大容量EEPROM，有可擦寫10萬次的EEPROM,為掉電后數據的保存帶來方便,來電后能記住掉電時的工作狀態，EEPROM容量為64 B～4 KB 。AVR是低功耗單片機，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關閉時為100 nA,更適用于電池供電的應用設備。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，且具有多重密碼保護鎖死(Lock)功能;本產品使用的是ATMEGA16型單片機。

　　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單片機控制來實現從輸入到輸出過程的轉換。

　　3軟件部分

　　以下給出整個程序的簡要流程

　　3.1 初始化

　　ldi r16,0x3e ;設置堆棧

　　out ddrd,r16 ;設置D口為輸出

　　out ddrc,r16 ;設置C口為輸出

　　out portb,r16 ;設置B口上拉電阻

　　ldi r16,0x1f ;看門狗使能2.1秒中斷

　　ldi yl,0x10;設置y指針0x0010指向EEPROM

　　clr yh

　　ldi zl,0x40;設置Z指針0x0040指向SRAM

　　clr zh

　　lds r16,0x0094;上限報警還是下限報警狀態送標志位

　　3.2 主程序

　　wdr ;看門狗

　　rcall adc1 ;采樣

　　rcall vtot ;計算

　　sbrs r20,1;判斷當前是上限報警還是下限報警

　　ldi time,0x85

　　rcall timer;延時0.1S

　　wdr

　　rcall tkey ;按加減鍵選擇大于等于設置值時報警或小于等于設置值時報警

　　sts 0x0094,r20

　　ldi zl,0x90 ;設置鍵按下保存設置值

　　clr zh

　　ldi yl,0x30 ;給y賦指針0x0030指向EEPROM

　　clr yh

　　ldi r16,5 ;循環指針為5

　　ld r2,z+ ;讀SRAM的指針先減1，再讀入r2

　　rcall rom_w ;調寫EEPROM子程序

　　adiw yl,1 ;寫EEPROM地址的數值加1

　　dec r16 ;循環指針減1

　　brne rs62 ;將SRAM中5個數寫入EEPROM的0x0030-0x0034中

　　3.3 子程序

　　數據采集

　　ldi r16,0xda ;參考電源為AREF內部基準2.56V,數據右對齊

　　out admux,r16 ;差動輸入口為ADC2-ADC2(1倍)

　　ldi time,0x33 ;延時約10mS

　　rcall timer

　　rcall adcd1

　　movw r12,r24

　　clr r14

　　clr r15

　　ldi r16,0xdb ;參考電源為AREF內部基準2.56V,數據右對齊

　　out admux,r16 ;差動輸入口為ADC3-ADC2(1倍)

　　ldi time,0x33 ;延時約10mS

　　rcall timer

　　溫度計算，輸出電壓電流計算。

　　lds r18,0x0075 ;讀1倍檔基準值

　　lds r19,0x0076

　　rcall mul16 ;(實測值-零點)×1倍檔基準值

　　lds r18,0x008e ;讀1倍檔量程標定值

　　lds r19,0x008f

　　sub r18,r0 ;標定值-零點

　　sbc r19,r1

　　rcall div16 ;(實測值-零點)×基準值/(標定值-零點)

　　clr r2

　　ldi zl,low(gdata*2) ;查曲線表，讀表地址

　　ldi zh,high(gdata*2)

　　顯示

　　push r24 ;保護現場

　　push r25

　　in r24,sreg ;保護狀態寄存器

　　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

　　校準讀寫EEPROM 寄存器和數據的定義

　　ldi time,0x33 ;延時10mS防止鍵抖動

　　rcall timer

　　sbic pinb,8 ;輸入校準鍵繼續按下順執

　　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1S

　　rcall timer

　　4結論

　　本儀表利用AVR單片機強大的功能加之精確的模擬電路控制，從而實現對接觸非接觸光電測溫傳感器信號的精確接收轉換和輸出。本儀表投產至今，獲得了相關用戶的一致好評，具有很大的推廣價值。

　　【參考文獻】

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　　[3]俞阿龍 基于TOPSWITCH器件的單片開關電源設計 電視技術 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