在高温下仪表使用的准确性会受到气温的影响，特殊光电测温仪表很好的克服了这一弱点，本文讨论了特殊光电测温仪表的功能、硬件。
《仪器仪表学报》是中国科协主管、中国仪器仪表学会主办，中国仪器仪表学科最具影响力的学术性刊物。它所刊登的论文代表了中国仪器仪表学科的最高学术水平，反映仪器仪表学科的前沿、研究热点，标志中国仪器仪表学科的发展方向;《仪器仪表学报》是中国仪器仪表学科和相关领域科学家探索新理论、新技术的平台，是培养和发现仪器仪表学科人才的基地，是不同学派、不同学术观点“百家争鸣”的园地，其论文是评价科技研究人员学术水平的重要依据，是国家制定仪器仪表学科发展战略的主要参考之一。
本仪表通过电路搭配、AVR单片机控制、对输入输出的较高要求实现对高温测量接触式非接触式光电高温传感器的信号真实描述。接收接触非接触光电测温传感器的输出电压信号(参照相应分度表)，通过一系列电路变换，输出4-20mA电流信号和任意型铂铑10-铂热电偶的电压信号(参照任意型铂铑10-铂热电偶分度表)。电源部分采用基于TOPSWITCH器件的单片开关电源设计，特制变压器与电感，TL431与TLP521的反馈结合，由特定制器件组成的保护电路，三端电压+5、-5、+24V的输出。
目前国内仪表行业规模很大，但通常都是民用仪表，对器件、性能指标要求的精度不高。本仪表通过电路搭配、AVR单片机控制、对输入输出的较高要求实现对高温测量接触式非接触式光电高温传感器的信号真实描述。
1仪表功能
接收接触非接触光电测温传感器的输出电压信号(参照相应分度表)，通过一系列电路变换，输出4-20mA电流信号和任意型铂铑10-铂热电偶的电压信号(参照任意型铂铑10-铂热电偶分度表)。
2硬件部分
2.1 电源部分
电源部分采用基于TOPSWITCH器件的单片开关电源设计，特制变压器与电感，TL431与TLP521的反馈结合，由特定制器件组成的保护电路，三端电压+5、-5、+24V的输出。TOPSwitch结构，采用DIP-8封装及SMD-8封装，有8个引脚，但8只管脚中有6只管脚实际是连在一起作为S端，故可简化成3只管脚，这样它仍系三端器件。3个引出端分别是漏极端D、源极端S和控制端C。其中，D是内装MOSFET的漏极，也是内部电流的检测点，启动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端C控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时自动锁定保护。源极端S是MOSFET的源极，同时是TOP开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。TOPSwitch 性能特点，将脉宽调制(PWM)控制系统的全部功能集成到三端芯片中，内含脉宽调制器、功率开关场效应管(MOSFET )、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化，使用安全可靠。TOPSwitch器件支持降压型、升压型、正激式和反激式功率变换电路，并且很容易和光耦及变压器初级的反馈电路结合，无论在连续传导模式和不连续传导模式下均可工作;输入交流电压和频率的范围极宽，作固定电压输入时可选110V/115V/230V交流电，允许变化±15%; 在宽电压范围输入时，适配85V～265V交流电，但最大输出功率比前者降低40%。TOPSwitch-Ⅱ只有3个引出端，可以同三端线性集成稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式普通型或精密型开关电源。论文参考网。开关频率的典型值为100kHz，允许范围90kHz～110kHz，占空比调节范围是1.7%～67%。
2.2 显示部分
显示部分采用当前流行的AVR单片机来控制4位显示模块。论文参考网。AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AVR系列单片机的特点AVR单片机是高速单片机。硬件采用哈佛(Harward)结构，达到一个时钟周期可以执行一条指令，绝大部分指令都为单周期指令。而PIC单片机要4个时钟周期执行一条指令，MSC-51要12个时钟周期执行一条指令;AVR 单片机支持程序的在系统编程ISP，开发门槛较低。只需一条ISP并口下载线,就可以把程序写入AVR单片机，所以进入AVR单片机门槛很低、花钱少。论文参考网。其中MEGA系列还支持在应用编程IAP ;AVR 单片机采用了可多次擦写的FLASH 存贮器给用户的开发生产和维护带来方便。AVR单片机的Flash程序存储器,可擦写1000次以上，而新工艺AVR器件, 程序存储器擦写可达10000次以上,因此大家可以放心的实验和调试下载程序;AVR 单片机有丰富的外设，如RTC、 WATCHDOG、 AD 转换器、PWM、UART接口等。部分型号还可以使用片内振荡器提供系统1～8 MHz的系统时钟,使该类单片机无外加晶振器件即可工作;I/O口功能强、驱动能力大。AVR单片机的I/O口是真正的I/O口,能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。I/O口有输入/输出、三态高阻输入,也可设定内部拉高电阻作输入端的功能,以便于各种应用所需(多功能I/O口) 。工业级产品，具有大电流(灌电流)10～40 mA,可直接驱动可控硅SSR或继电器, 节省了外围驱动器件。 具有较大容量EEPROM，有可擦写10万次的EEPROM,为掉电后数据的保存带来方便,来电后能记住掉电时的工作状态，EEPROM容量为64 B～4 KB 。AVR是低功耗单片机，具有休眠省电功能(Power Down)及闲置(Idle)低功耗功能。一般耗电在1～2.5 mA;对于典型功耗情况,WDT关闭时为100 nA,更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。高度保密性，不可破解的位加密锁Lock Bit技术，且具有多重密码保护锁死(Lock)功能;本产品使用的是ATMEGA16型单片机。
2.3 输入输出部分
输入输出部分用模拟器件TL062和4053来控制输入输出。通过放大、积分、增益、滤波等一系列电路变换，由AVR单片机控制来实现从输入到输出过程的转换。
3软件部分
以下给出整个程序的简要流程
3.1 初始化
ldi r16,0x3e ;设置堆栈
out ddrd,r16 ;设置D口为输出
out ddrc,r16 ;设置C口为输出
out portb,r16 ;设置B口上拉电阻
ldi r16,0x1f ;看门狗使能2.1秒中断
ldi yl,0x10;设置y指针0x0010指向EEPROM
clr yh
ldi zl,0x40;设置Z指针0x0040指向SRAM
clr zh
lds r16,0x0094;上限报警还是下限报警状态送标志位
3.2 主程序
wdr ;看门狗
rcall adc1 ;采样
rcall vtot ;计算
sbrs r20,1;判断当前是上限报警还是下限报警
ldi time,0x85
rcall timer;延时0.1S
wdr
rcall tkey ;按加减键选择大于等于设置值时报警或小于等于设置值时报警
sts 0x0094,r20
ldi zl,0x90 ;设置键按下保存设置值
clr zh
ldi yl,0x30 ;给y赋指针0x0030指向EEPROM
clr yh
ldi r16,5 ;循环指针为5
ld r2,z+ ;读SRAM的指针先减1，再读入r2
rcall rom_w ;调写EEPROM子程序
adiw yl,1 ;写EEPROM地址的数值加1
dec r16 ;循环指针减1
brne rs62 ;将SRAM中5个数写入EEPROM的0x0030-0x0034中
3.3 子程序
数据采集
ldi r16,0xda ;参考电源为AREF内部基准2.56V,数据右对齐
out admux,r16 ;差动输入口为ADC2-ADC2(1倍)
ldi time,0x33 ;延时约10mS
rcall timer
rcall adcd1
movw r12,r24
clr r14
clr r15
ldi r16,0xdb ;参考电源为AREF内部基准2.56V,数据右对齐
out admux,r16 ;差动输入口为ADC3-ADC2(1倍)
ldi time,0x33 ;延时约10mS
rcall timer
温度计算，输出电压电流计算。
lds r18,0x0075 ;读1倍档基准值
lds r19,0x0076
rcall mul16 ;(实测值-零点)×1倍档基准值
lds r18,0x008e ;读1倍档量程标定值
lds r19,0x008f
sub r18,r0 ;标定值-零点
sbc r19,r1
rcall div16 ;(实测值-零点)×基准值/(标定值-零点)
clr r2
ldi zl,low(gdata*2) ;查曲线表，读表地址
ldi zh,high(gdata*2)
显示
push r24 ;保护现场
push r25
in r24,sreg ;保护状态寄存器
push r24
ldi r25,1 ;扫描显示位置最低位(显示最低位)
mov r24,xl ;读显示位指针
subi r24,0x6a ;减最低位地址
校准读写EEPROM 寄存器和数据的定义
ldi time,0x33 ;延时10mS防止键抖动
rcall timer
sbic pinb,8 ;输入校准键继续按下顺执
ret ;否则退出
cbi portd,4
ldi r16,0x56 ;显示L--L
sts 0x006a,r16
ldi r16,0x40
sts 0x003b,r16
sts 0x003c,r16
ldi r16,0x56
sts 0x003d,r16
ldi time,0xf9 ;延时1S
rcall timer
4结论
本仪表利用AVR单片机强大的功能加之精确的模拟电路控制，从而实现对接触非接触光电测温传感器信号的精确接收转换和输出。本仪表投产至今，获得了相关用户的一致好评，具有很大的推广价值。
【参考文献】
[1]温正，何嘉扬，赵志鹏。AVR单片机开发从入门到精通 中国电力出版社 2009
[2]丁化成 耿德根李君凯。AVR单片机应用设计 北京航空航天大学出版社 2002
[3]俞阿龙 基于TOPSWITCH器件的单片开关电源设计 电视技术 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
