隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要，溫度的測(cè)量和控制越來(lái)越受到人們的關(guān)注，對(duì)溫度的準(zhǔn)確采集及合理調(diào)控，將會(huì)對(duì)溫度要求較高的工作環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。尤其是在炸藥爆破等惡劣環(huán)境條件下對(duì)爆炸場(chǎng)溫度的分布規(guī)律的研究有助于為炸藥和相關(guān)彈藥的威力考核及分析提供依據(jù)。文中利用CPLD作為主控芯片，使用鎢錸熱電偶溫度傳感器并配以高效低功耗的測(cè)試電路對(duì)爆炸場(chǎng)溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1．1 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)測(cè)試

所謂存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)，是指在對(duì)被測(cè)對(duì)象無(wú)影響或影響在允許范圍的條件下，在被測(cè)體內(nèi)置入微型存儲(chǔ)測(cè)試儀器，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)完成信息快速采集與存儲(chǔ)，事后回收記錄儀，由計(jì)算機(jī)處理和再現(xiàn)被測(cè)信息的一種動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)。

1．2 測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的溫度測(cè)試系統(tǒng)，主要是利用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器將外界溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號(hào)，通過(guò)模擬電路部分將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，再經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)化電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)FIFO存入存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)通過(guò)接口電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。其中，A／D轉(zhuǎn)換器、FIFO、存儲(chǔ)器和電源管理模塊都是由CPLD控制。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2．1 主控芯片CPLD的選擇

在本次設(shè)計(jì)中使用Xilinx公司生產(chǎn)的XCR3128作為溫度測(cè)試系統(tǒng)的主控CPLD芯片。XCR3128有100個(gè)引腳，其中有76個(gè)I／O引腳，4個(gè)信號(hào)接口，4個(gè)全局時(shí)鐘，7個(gè)VCC，8個(gè)GND，1個(gè)PORT_EN；共包含128個(gè)宏單元，VCC為3．6 V，電流限制為200mA。XCR3128封裝小，功耗低，充分滿足了實(shí)際需要。

在本次設(shè)計(jì)中，控制部分主要由CPLD控制電路時(shí)序和工作模式的產(chǎn)生。控制功能圖如圖2所示，主要功能有：

1)電源管理及控制模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的電源管理及全局時(shí)鐘控制，從而達(dá)到降低功耗和控制各信號(hào)初態(tài)的目的。

2)時(shí)鐘分頻模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從晶體振蕩器輸出到CPLD的時(shí)鐘進(jìn)行分頻，從而得到A／D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器和FIFO需要的時(shí)序。

3)編程觸發(fā)比較模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)觸發(fā)溫度數(shù)字電平的編程，通過(guò)移位寄存器實(shí)現(xiàn)；數(shù)字比較部分是把A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果和所編溫度數(shù)字電平值比較判斷觸發(fā)與否。

4)FIFO及存儲(chǔ)器地址模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)生成FIFO和存儲(chǔ)器需要的地址，F(xiàn)IFO和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀寫。

5)A／D時(shí)序產(chǎn)生模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換器的CONVST／和讀信號(hào)的時(shí)序生成。

6)讀數(shù)模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)讀數(shù)接口的邏輯連接控制，接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的脈沖信號(hào)，以完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

2.2 溫度傳感器

在爆炸場(chǎng)等高溫、高壓、高沖擊的惡劣環(huán)境下采集瞬時(shí)溫度的動(dòng)態(tài)變化對(duì)溫度傳感器要求很高，因此選用了美國(guó)NANMAC公司的E12鎢錸侵蝕熱電偶。該熱電偶瞬態(tài)溫度響應(yīng)時(shí)間僅為幾百微妙，溫度范圍高達(dá)2 315℃，耐壓程度高達(dá)69 MPa，完全能夠滿足爆炸場(chǎng)溫度測(cè)試的需要。

熱電偶是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)的變化，熱電偶回路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)差為：

NA、NB為材料A、B的電子密度；σA、σB為導(dǎo)體A、B的湯姆遜系數(shù)，K為波爾茲曼常數(shù)。

由于導(dǎo)體湯姆遜效應(yīng)引起的電動(dòng)勢(shì)差相比較小，常可忽略，因此當(dāng)熱電偶的兩種材料的特性為已知時(shí)，一端溫度固定，則待測(cè)溫度T是電動(dòng)勢(shì)的單值函數(shù)。為了使E12鎢錸熱電偶冷端溫度固定在0℃，本次設(shè)計(jì)采用了補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償冷端的溫度變化。