摘 要本設(shè)計(jì)基于MLX90614非接觸式溫度傳感器，以Atmega16微控制器為核心，并根據(jù)檢測(cè)某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)的溫度變化范圍，迅速做出故障篩查、判斷，初步篩查的依據(jù)之一而研制的嵌入式簡(jiǎn)易溫度檢測(cè)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】MLX90614 溫度監(jiān)控 嵌入式系

設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)監(jiān)控是設(shè)備故障在線檢測(cè)、診斷、排除的可靠手段之一，設(shè)備溫度或其關(guān)鍵部位溫度是反映該設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)，通過(guò)對(duì)該指標(biāo)的測(cè)量、分析即可對(duì)設(shè)備故障。以此為出發(fā)點(diǎn)，本文研究了一種基于MLX90614的溫度實(shí)時(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)，以ATmega16為核心處理器，通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備或目標(biāo)測(cè)試點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析得出該系統(tǒng)測(cè)量精度高，誤差小，響應(yīng)速度快，運(yùn)行可靠，可廣泛應(yīng)用于故障檢測(cè)等檢測(cè)系統(tǒng)中。

1 系統(tǒng)電路硬件設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，該微控制器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 傳感器采集電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的MLX90614是非接觸式紅外溫度傳感器，采用5V供電，集成了I2C總線接口。在-40℃～+125℃的工作溫度范圍內(nèi)，MLX90614的分辨率為0.02℃，精度為±1℃。該傳感器的優(yōu)點(diǎn)眾多：非接觸式測(cè)溫、能精確測(cè)量某一區(qū)域溫度、溫度分辨率高、且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.3 傳感器測(cè)溫原理

自然界中所有高于絕對(duì)溫度的物體，都會(huì)向其周圍空間輻射紅外波段的電磁波，亦稱紅外線。根據(jù)黑體輻射公式可以得到物體向周圍空間輻射電磁波的波長(zhǎng)，但一般情況下，可以通過(guò)維恩近似公式（1）說(shuō)明物體的絕對(duì)溫度和在該溫度下物體向外輻射紅外電磁波波長(zhǎng)的關(guān)系，也即可以測(cè)量物體向外輻射的紅外線波長(zhǎng)來(lái)測(cè)定物體溫度。

λ*T=b （1）

其中λ為波長(zhǎng)，T為物體絕對(duì)溫度，b為維恩位移常數(shù)：2.8978×10-3（米·開(kāi)）。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要包含：對(duì)微控制器ATmega16的各重要寄存器初始化、 IIC總線寄存器初始化、溫度顯示模塊端口初始化，與無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊相連的串口初始化等。然后通過(guò)IIC總線對(duì)MLX90614的溫度原始數(shù)據(jù)讀取，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行10次平均后送給溫度顯示模塊顯示或通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行進(jìn)一步處理。以上就是本設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的整體軟件流程方案。該系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3 所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了說(shuō)明本設(shè)計(jì)的溫度傳感器精確度，分別借助一臺(tái)高精度測(cè)溫系統(tǒng)和一支接觸式溫度計(jì)對(duì)同一型號(hào)設(shè)備、同一電路板上的同一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，并在相同的環(huán)境下進(jìn)行多次實(shí)際測(cè)量，其結(jié)果對(duì)比如表1所示。

通過(guò)以上測(cè)試發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)的溫度測(cè)試結(jié)果可信度比較高。接觸式溫度計(jì)的溫度測(cè)試結(jié)果一般需要4分鐘左右度數(shù)才能穩(wěn)定，而本系統(tǒng)僅需1～2秒即可。此外，接觸式溫度計(jì)在測(cè)量時(shí)僅有一點(diǎn)接觸到測(cè)試點(diǎn)，本系統(tǒng)是非接觸式的，測(cè)試效果明顯好于接觸式。

4 結(jié)論

本文主要針對(duì)電臺(tái)研制周期中對(duì)電臺(tái)、電路板甚至重要元器件故障的定位難問(wèn)題，提出了一種基于溫度測(cè)量的故障初步篩選、快速定位、快速診斷的新方法。該方法是通過(guò)MLX90614非接觸式紅外溫度傳感器通過(guò)測(cè)量紅外電磁波波長(zhǎng)的方法，精確得到被測(cè)物體的溫度，從側(cè)面反映被測(cè)設(shè)備、電路板、元器件的工作狀態(tài)，進(jìn)而為故障準(zhǔn)確定位提供參考。該系統(tǒng)讀數(shù)快、易檢測(cè)，精度高，成本低。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用還發(fā)現(xiàn)該溫度檢測(cè)系統(tǒng)雖然系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，但工作可靠性高，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可推廣應(yīng)用到其它環(huán)境物體溫度檢測(cè)，例如供暖設(shè)備、發(fā)電廠、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]王桂榮，李憲芝主編.傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]張思民主編.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介

陶杰（1983-），男，河南省信陽(yáng)市人。碩士研究生。講師。研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)。

作者單位

陸軍工程大學(xué) 河北省石家莊市 050000endprint