Современная электроника №8/2019

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2019 Пирометр на ПЛИС Часть 1 Предлагаемая статья содержит схемы и описание работы миниатюрного электронного устройства – бесконтактного термометра (пирометра), предназначенного для измерения температуры различных объектов в широком диапазоне без контакта с ними. Устройство построено на базе промышленного инфракрасного датчика температуры. Особенностью предлагаемого устройства является использование ПЛИС в качестве аппаратной платформы для его построения. В первой части статьи рассматриваются основные характеристики, схемы и конструкция устройства, а также приводится описание первичного датчика. Павел Редькин (ppr1@yandex.ru) О СНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВА Пирометр – прибор для бескон- тактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на изме- рении мощности теплового излуче- ния объекта преимущественно в диа- пазонах инфракрасного излучения и видимого света. Пирометр имеет следующие основ- ные характеристики: ● количество рабочих режимов – 3: − режим 1 («A») – измерение темпе- ратуры окружающей среды; − режим 2 («M») – измерение темпе- ратуры удалённого объекта с ла- зерным маркером-целеуказателем; − режим 3 («N») – измерение темпе- ратуры удалённого объекта без ла- зерного маркера-целеуказателя; ● количество состояний в каждом из рабочих режимов – 2: − состояние 1 – текущие измерения; − состояние 2 («H») – удержание (фиксация) последнего измерен- ного значения. Лазерный маркер-целеуказатель удобно использовать для маркирования точки на удалённом объекте, в которой производится измерение температу- ры, поскольку применённый в устрой- стве бесконтактный датчик температу- ры имеет достаточно узкую простран- ственную диаграмму направленности. Диапазон измеряемых температур окружающей среды в режиме 1 от –40 до +125°C. Указанный диапазон заяв- лен производителем применённого в устройстве первичного датчика тем- пературы, однако другие использо- ванные в устройстве электрорадиоэле- менты, напримерЖКИ, не рассчитаны на работу в таком широком диапазо- не температур. По этой причине диа- пазон измеряемых устройством тем- ператур окружающей среды на прак- тике будет определяться диапазоном рабочих температур применённого в устройстве ЖКИ: от –20 до +85°C. Диапазон измеряемых температур удалённого объекта в режимах 2 и 3 от –70 до +380°C. Типовая точность измерения темпе- ратуры удалённого объекта в диапазо- не температур от 0 до +50°C составля- ет ±0,5°C. Типовая точность измерения тем- пературы удалённого объекта в так называемом «медицинском» диапазо- не температур (от +36 до +38°C) состав- ляет ±0,2°C. Разрешающая способность измере- ния температуры окружающей среды и температуры удалённого объекта 0,1°C. Количество задаваемых пользовате- лем порогов сигнализации о превыше- нии измеряемой температурой задан- ного значения – 1. Разрешающая способность задания порога сигнализации – 0,1°C. Порог сигнализации может быть задан в диа- пазоне температур от –73,3 до +386,8°C. Задаваемый порог является общим для всех режимов работы устройства. Сиг- нализация при превышении порога температурой окружающей среды или температурой удалённого объекта сра- батывает в виде прерывистого звуково- го сигнала высокого тона и одновре- менно в виде выдачи низкого логи- ческого уровня на цифровой выход ПЛИС, зажигающий подключённый к этому выходу светодиод. Эффектом «защёлкивания» механизм сигнализа- ции о превышении порога не облада- ет – если значение температуры стано- вится ниже порога, цифровой выход ПЛИС переходит в высокое состоя- ние, светодиод гаснет – звуковой сиг- нал прекращается. Пользовательский интерфейс состо- ит из шести кнопок управления: MODE (режим), HOLD (удержание показаний), ++ (увеличение грубо), −− (уменьшение грубо), + (увеличение точно), − (умень- шение точно). Интерфейс для связи с внешни- ми устройствами – USB 2.0 (USB- устройство) с возможностью питания пирометра от хоста. Способы выдачи результатов изме- рения, текущего значения порога, информации о текущем режиме, теку- щем состоянии и сигнала превышения порога во всех режимах: ● на символьный двухстрочный ЖКИ (по 8 символов в строке), совмести- мый со стандартом HD44780; ● во внешний USB-хост через интер- фейс USB 2.0 в виде посылки данных в ASCII-коде. Способы задания текущего режима пирометра: ● кнопкой управления «Режим» по кольцу; ● из внешнего USB-хоста через интер- фейс USB 2.0 отдельной командой «Задание режима». Способы задания порога сигнализа- ции пирометра: ● четырьмя кнопками управления: «++», « −− », «+», « − »: значение порога может быть задано по кольцу в диапазоне от − 73,3 до +386,8°C с помощью кно- пок «++», « −− », «+», « − » (каждое нажатие на кнопку «++» увеличивает текущее значение порога на 5,0°C, каждое на- жатие на кнопку « −− » уменьшает те- кущее значении порога на 5,0°C, каж- дое нажатие на кнопку «+» увеличи- вает текущее значение порога на 0,1°C, каждое нажатие на кнопку « − » уменьшает текущее значение поро- га на 0,1°C); ● из внешнего USB-хоста через ин- терфейс USB 2.0 отдельной коман- дой «Задание порога сигнализации».