回焊炉之单芯片温度量测记录器

2012-07-13 10:44:09来源: 21ic 关键字:单芯片  温度量测  SMD

  电路板零件自动组装(SMD)的过程,需要事先研究出最佳的回焊炉(reflow oven)温度分布曲线,然后在量产时再将回焊炉温度控制在最佳的分布状况。

  为了确定温度是控制在事先预期的分布范围之内,必须对电路板上数点做经过回焊炉的温度曲线量测与纪录,这正是回焊炉温度量测纪录器(reflow oven data-logger)的功用。这篇文章将利用松翰科技公司的微控器 SN8P1708 来实际制作一个简单的温度记录器。

  1. 系统架构

系统架构

  <图1>系统架构

   温度记量测录器主要使用mouseover="javascript:setVal(\'热电偶\'); companyAdEvent.show(this,\'companyAdDiv\',[5,18])" onmouseout="companyAdEvent.out(\'companyAdDiv\')">热电偶来量测温度,因为热电偶允许长距离的量测点。整个硬件架构如图1 所示。由于K 型热电偶每度C 的输出电压差约为40μV,所以必须接上一个放大器才能被微控器的ADC 精确量得。热电偶温度计的使用必须将一个参考接合点置于已知的固定温度(如冰浴)之下,这即是热电偶的温度补偿,但这样的方法对于一般工业应用并不可行,所以为了方便使用热电偶必须使用热电偶补偿芯片。这里使用Analog Devices 公司的AD595 来提供补偿电压和同时作线性放大,所以不需要额外配置放大电路,就可以用一般的电表或是微处理器测读电压。

  微控器SN8P1708 利用ADC 的一个通道来读取AD595 输出的电压,然后再将其利用SPI 串行传输储存于一颗EEPROM 的内存中。整个量测的温度曲线值依时间间隔储存于内存中;量测结束后,拔除热电偶接头,再利用RS232(或者是一颗低速USB 芯片,例如CY7C63742)来和个人计算机联机,将量测结果下载到计算机中。实作的电路图如图3 所示,本文暂时忽略与个人计算机联机下载资料的实作部份。电路图中,请特别注意AD595C(K 型热电偶专用的放大补偿芯片)和AT25128(16 KB 的EEPROM 芯片)的接线方式。
系统电路图

  <图2>系统电路图。

  2. AD595C 芯片

  假设K 型热电偶量测接合点与参考接合点的温度分别为TM 和TR,则热电偶的输出电压为:

  E = EK(TM) - EK(TR)

  其中,EK(TM)表示K 型热电偶在参考接合点温度为0°C 时的输出电压。

  如果TR已知,则可以求得EK(TR),进而利用热电偶参考函数的反函数求出量测接合点的温度:

  TM = Ek-1[EK(TM) - EK(TR)]

  当参考接合点的温度为0°C 时,K 型热电偶的量测接合点在25°C 的输出电压为1.000mV,电位差与温度间函数关系的Seebeck 系数约为40μV/°C。Analog Devices 公司的AD595 是专为K 型热电偶仪器设计使用的放大器,是经雷射精调(laser trimmed)的产品,放大倍率为247.3V/V,经过参考点温度补偿电路后,使得输出电压直接为量测点温度的倍数,即经过放大器后输出电压与量测点温度间关系为10mV/°C。更详细的内容可以在Analog 网站http://www.analog.com 中取得AD595 的资料册。

  AD595C 的输出电压与热电偶输入电压关系式如下:

输出电压与热电偶输入电压关系

  注意,  关系式为实际的热电偶输出电压,而0.04 × TR为冰点补偿电压,电压单位皆为mV,温度单位为°C。如果是以线性的关系来近似,直接把AD595C的输出电压除以10 来转成温度值(即10mV/°C),将有如图3 所示,有不可避免的误差,不过若已知待测温度在0~300°C 之间,则其误差尚可以接受。

  (a)

  
(b)
<图3>AD595C 之输出与线性化温度的误差。

  3. SPI 串行型的EEPROM

  AT25128 为Atmel 公司的EEPROM,具有SPI 传列传输接口。除了Vcc和GND脚外,SPI 传输所需的四支接脚为SO(即MISO)、SI(即MOSI)、SCK、和/CS(即/SS),其接线法请参考图2。其余二支脚位:/HOLD 脚用以暂停串行传输;/WP脚为0 时,用以防止数据写入状态缓存器。两脚位未用到时,都需要接到Vcc。

  此芯片具有一个状态缓存器(Status Register),定义如下(本实作只用到位WEN 和RDY):

  状态缓存器(0xxx 0000)
状态缓存器

  而控制EEPROM 的六个指令如下:

  以下仅列举应用要点,其他事项请到网页http://www.atmel.com/ 中下载Atmel AT25128 的数据册来参考。

  1. 容量为16KB(128kb),内存地址为0000h~3FFFh(共4000h 个地址),因此指定地址时需要2 个bytes。

  2. 可兼容两种SPI 频率模式: CPOL="0" CPHA="0" ; CPOL="1" CPHA="1"。

[1] [2] [3]

关键字:单芯片  温度量测  SMD

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0713/article_5439.html
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