龙 驹
(西华大学 电气信息学院 四川 成都 610039)
中图分类号：TH7 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)0910113-01
0 引言
温度与湿度的测量涉及各行各业，而传统的温度和湿度测量仪器都需人工手动测量。数字信号处理器(DSP)的出现，使温度、湿度测量的数字化、自动化就变得容易实现，本文着重研究用先进DSP控制的数字温度、湿 度测试仪器，采用上位PC机显示温度和湿度值以及温度和湿度随时间变化 的规律，实现对被测对象温度、湿度的实时监控。
1 硬件设计
1.1 硬件系统总体结构。整个测试仪的硬件电路由三块印刷电路板组成：温度、湿度信号的采集调理电路板、两路光耦合电路板、DSP信号处理与上位PC机进行电路板。
1.2 DSP信号处理电路。CPU芯片部分：采用定点16位的TMS320F2407A芯片，其指令周期为25ns，它将一个高性能的DSP核、容量的片上存储器以及其他功能的外设电路(16通道模拟数字转换单元串行通信模块等)集成在单芯片上，从而使得整个温度、湿度测试所需的各种功能都可由DSP处理器来实现。DSPTMS320LF2407A控制芯片内置两组10位的A/D转换器，共16个模拟输入通道便可以实现对上述温度、湿度两个 信号的及时采样。控制电路板上提供的外部晶振是40MHz的，该外部振荡频 率由TMS320F2407ADSP芯片的XTAL1引脚和XTAL2引脚输入。
扩展的程序和数据存储器SARAM：为了辅助DSP芯片内部存储器容量的不足，同时考虑到DSP芯片是将地址和数据线分开使用，在外扩存储器设计时不需要新增任何硬件电路，于是在数据处理板上增设了2片0等待时序(0wait state)的静态RAM芯片(SARAM芯片)-IS61LV6416，每片64K，存取3 实验分析时间为10ns，用来存储扩展的程序和数据。同时为了方便使用，路板上设计了一个可选择芯片内或是芯片外的 选择跳线JP4：当 JP4设定为 模式时，DSP芯片在复位后将会执行芯片内部本身的程序;而当JP4设定为 模式时，DSP芯片在复位后将会执行芯片外部扩展程序存 储器上的程序。标准JTAG接口：DSP信号处理电路板上设计有符合 IEEE1149.1-1990标准的JTAG接口J1，该接口通过并口仿真器合众达SEED- XDSPP3/5V与上位计算机的并口相连，从而可以借助上位计算机的软件开发 环境在线下载调试程序，从而大大提高了工作效率，缩短了程序的开发周 期。串行通信接口：为了实现DSP信号处理电路板的串行通信接口(SCI)本与上位计算机(PC机)的串口(RS232)相互进行通信，从而实现对温度、湿度进行监控，于是就需要把TTL(0V和+5V)电平转换为UART电平(-10V试和+10V)。
1.3 温度、湿度信号的采集调理电路。信号调理电路的任务是将前置电路输出的电信号进行转换，使之满足DSP信号处理电路板A/D输入要求的电信号。通过温度、湿度传感器后输出的是电流信号I，让该电流信号I流过已知电阻(R19)，通过测量电阻R19两端的压降并通过四运放芯片TLC2278的放大便可得到一电压Vk，又通过对该运放外围各个电阻参数的设置而把这一电压Vk控制在0-5V之间，然后直接连接到DSPTMS320LF2407A信号处理电路上的AD接口电路。
1.4 两路光耦合电路。由于DSP数据处理板对所处理的信号规则性要学位论文，求很高，同时为了防止其它电磁干扰信号对集成电路芯片造成破坏，于是选用了两个精密的线性光耦器件芯片A3140对被测温度、湿度信号调理电路.
2 软件设计
2.1 主程序。主程序的设计过程叙述如下。首先对DSP TMS320LF2407A芯片的内核和片上外设进行初始化设置，接着对软件变量进行初始化设 置;使能通用定时器T2的下溢中断和相应的内核INT3中断程序;另外，初 始化其他的系统参数;接下来，整个程序进入循环等待状态，等待相关的 中断请求信号。
2.2 中断服务子程序。当T2产生相应的中断请求信号时，该信号通过核中断INT3被送往CPU，在INT3的中断服务子程序中，经过简单的判断以后，进入与T2的下溢中断事件对应的中断服务子程序中，首先对环境参数进行保护，然后调用温度、湿度信号的采样与转换模块、与上位PC机进行通信的串口通信模块，最后，将这些模块的输出信号送往上位PC机进行处理和显示，接下来的工作就是恢复保存的环境参数，重新返回到主程序中，等待下一次中断事件的发生。
2.3 上位计算机监测程序。本文选用了Microsoft公司的程序设计语言Visual Basic 6.0作为上位计算机监测程序的开发环境，使用其内置的通信控件MSComm对SCI进行数据传递的编程，其程序主要分为数据采集和数据处理两个部分。为了提高采集数据的精度，在对温度和湿度相对于时间变化曲线的绘制中，本文采用了笔者提出的一种向后逐次分段的改进的牛顿均差插值方法，该方法分段的目的是提高绘制曲线的速度和避免出现龙格现象，向后形式是使曲线光滑。经过实际应用，当分段基点为2～6点时，效果良好。
3 实验分析
为了比较验证本文研制的基于DSP的温度、湿度测试仪的工作性能，笔者用该测试仪对我校一台Y563M-64型三相异步电动机的定、转子温度和环境湿度进行了在线测试;同时又采用了其他的高精度湿度、温度在线检测仪表，对相应的温度、湿度进行了测试。通过对实验数据的误差分析表 明：本测试仪所测数据与高精度湿度、湿度在线检测仪表所测数据相比， 绝对误差很小(该误差可通过修改软件进一步减小)，满足了设计要求， 达到了国家的相关标准。
4 结语
本文对数字化温度、湿度测试仪的硬件和软件进行了设计。将DSP信号采集处理技术、PC机监控技术结合起来设计了温度、湿度测试仪。该测仪使得温度、湿度的测试实现了数字化，提高了测试精度，从而提高了测对象工作的可靠性。
参考文献：
[1]龙驹、蒋强，“基于DSP的温度、压力测试装置的研制”，自动化与仪
[2]李红连，水泵微机测试系统研究，西华大学硕士学位论文，2004，2.
[3]仵浩、齐燕杰、宋文超等，Visual Basic串口通信工程开发实例导航，北京：人民邮电出版社，2003.
[4]孙德银，基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制，东北大学硕士2006，1.
作者简介：
龙驹(1974-)，男，重庆市人，西华大学电气信息学院讲师，工学硕士，主要从事电气工程与自动化研究。
