基于单片机宽范围高精度光纤传感测温仪研制

光纤传感测温仪是一种非接触式测温方法与光纤传感技术相结合，实现高精度、高重复性、快速响应、非接触式测量和高性价比的新型光纤传感类测温系统。该类测温仪利用光纤的空间滤波效应，使入射光波从空间瞬态变为空间稳态，消除杂散光的影响，提高测量的精度和稳定性；将光纤探头和电子处理单元隔离，使信号处理单元不受环境高温影响，提高抗电磁干扰能力；响应速度快；根据热源温度，选择最佳工作波段。

有时需要对范围很宽的温度信号进行测量，但是实现宽温度范围的测量，采用一个探测器的光纤传感测温仪很难达到要求。为了解决单一探测器光纤传感测温仪范围窄的不足，设计了利用双光路系统，采用两个不同波长范围探测器的光纤传感测温仪，实现测量温度范围的扩展，将测温范围的下限和上限延伸。实现大动态范围要求的光纤传感测温的关键技术之一是适应大动态范围要求的高信噪比电子数据处理系统的设计。电子数据处理系统应采用高阻抗低噪声前放。500℃~1800℃温度范围的光功率动态范围高达105W量级，远远超出放大器的动态范围，采用电子开关动态范围扩展技术将测温范围分成若干温度段，问题就能解决同时采用数据拟合等技术来实现高精度的测量。

仪器的工作过程为：用光纤将物体的辐射传导至探测器，探测器输出电信号完成光电转换；利用信号拾取单元将电信号调理，然后将电信号经过A/D转换成数字信号用8051单片机处理；在单片机中用软件完成被测物体温度的非线性校正、温度补偿等功能。经过单片机处理后利用D/A转换将温度信号转换成0~5V的电压信号输出。

2.4 8051单片机单元
由于整个系统的程序较大，所以需要一个外部程序存储器，在系统中选用了32KB的EEPROM。在系统中实现多点温度补偿要存储一些温度点的修正值以提高系统的测量精度，所以将EEPROM既作程序存储器又作数据存储器。整个系统的地址分配为：0000~7FFF为存储器地址，D000~D003和E000~E003分别为两个8255A的四个端口地址，BFFC~BFFF为A/D转换器的地址，FFF4~FFF5为D/A转换器的地址。在地址译码中没有采用GAL而是通过分离元件实现。地址译码通过两片74LS138、一片74LS04、一片74LS08来实现。

2.5 RS-232通讯单元
为了方便数据的处理，将测量所得的数据送入计算机，本系统采用RS-232通讯方式，通讯速率为9600波特率。接口所用芯片为MAX232，接收端采用VC++编制的接收程序，显示并存储接收到的数据。进而分析、处理得到拟和曲线。在单片机中将利用此拟和曲线实时计算当前被测物的温度值。

2.6 数模转换单元
系统中预留一路模拟信号输出，在测量、显示的同时可将当前的温度值通过D/A转换输出进而实现闭环控制。系统采用的D/A转换器为MAX508，它是一种完备的12位、片内参考电压、电压输出型的D/A转换器，输出电压和参考电压同极性，允许单电源工作，双缓冲逻辑输入接口使之与微处理器连接非常容易。

3.1 初始化子程序
在初始化程序中，主要对8051的系统资源，包括定时器、中断、串行通讯、LCD显示、8255A等进行初始化工作。

3.2 LCD显示子程序和键盘输入子程序
在显示程序中，完成显示功能菜单的任务。菜单显示的字符利用LCD显示控制器HD61830的字符集中的资源，菜单为滚动式，通过功能键可使光标从上往下移动，当移至最下一行时，屏幕开始滚动显示。利用软件程序扫描8255A的PA和PC口得到按键的键值，函数返回键码。

3.3 A/D转换子程序和D/A转换子程序
A/D转换结果的读入采用查询方式。通过查询MAX191的BUSY端的信号来判断转换是否结束；12位的转换结果需要两次读取，然后拼接成12位的结果。如果为了使外部干扰的影响减小可采用软件滤波。对于温度信号一般来说是缓变的，可采用一阶滞后滤波或中值平均滤波等。D/A转换是直接将12位的数据送入MAX508的缓冲器即可实现数摸的转换。

3.4 RS-232通讯子程序
通讯中将12位的数据分成两次传送，在计算机中采用VC++6.0中的一个通讯控件MS Communications Contro16.0来实现串口的通讯程序。在接收到测量数据后，可进行一系列的数据处理与分析得到光纤传感测温仪的特性曲线将此曲线生成电压－温度表存入单片机程序中来计算出温度。