傳統(tǒng)的焊接過程中，焊接溫度的控制是憑操作者人工觀察和人工調(diào)節(jié)高頻電源輸出功率或焊接速度實現(xiàn)的，如果輸入的焊接熱量不足，就會出現(xiàn)低溫焊接，2個待焊邊緣只能達到局部熔化，氧化物難以排出焊縫，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。如果焊接輸入熱量過大，會使焊縫邊緣出現(xiàn)過多的熔化金屬，在壓力正常的情況下，由于熔化區(qū)過寬，也很難將氧化物排出焊縫。因此，焊接質(zhì)量受到諸多人為因素影響，其穩(wěn)定性難以保證。非接觸式紅外測溫儀為焊接在線溫度監(jiān)控提供了一種有效的技術(shù)手段。采用紅外測溫儀可以實現(xiàn)在線焊接溫度測量，并且可以進一步構(gòu)成焊接溫度自動控制系統(tǒng)。

1 紅外測溫原理

紅外測溫是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的關(guān)系來實現(xiàn)非接觸測溫的一種方法。任何物體受熱后都將一部分熱能轉(zhuǎn)換為輻射能，理論和試驗都證明輻射能量與溫度成正比。

紅外測溫儀內(nèi)設(shè)光學(xué)裝置，可以收集來自物體的輻射紅外線能量，并把該能量聚焦在探測器上。輻射能量是以波動的方式傳播的，并可以通過光電轉(zhuǎn)換器件和其它相關(guān)的輔助電路、光路構(gòu)成的傳感器，將輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號，并被放大、顯示出來。對于從室溫到上千攝氏度這樣的工業(yè)中常用的測溫范圍，輻射能量較高的光譜在近紅外到紅外波段范圍內(nèi)，所以稱作紅外測溫。

2 紅外測溫儀的硬件設(shè)計方案

紅外測溫儀采用凌陽科技公司的SPCE061A單片機及LED鍵盤控制電路和紅外測溫傳感器電路實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

該測溫儀包括按鍵、音頻輸出和紅外測溫部分。

其中，按鍵部分：按鍵開始測溫，一直按下，聽到聲音表示測溫完畢。音頻輸出部分：主要是將SPCE061A兩路音頻輸出端通過LM386放大，經(jīng)揚聲器播放。

紅外測溫部分：主要是通過SPCE061A I/O口的控制，將所測得的溫度接收到單片機中，實現(xiàn)在線溫度測量。然后，單片機經(jīng)過處理控制輸出，來調(diào)整焊接功率的輸出。

凌陽單片機SPCE061A作為該測溫系統(tǒng)的控制中心，負責控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、計算溫度值，并根據(jù)取得的鍵值控制播放顯示過程，同時通過音頻輸出通道播報溫度值；紅外測溫傳感器電路負責溫度的測量、采集，并將采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送到SPCE061A單片機；LED鍵盤控制電路中的鍵盤，控制溫度顯示和播放，數(shù)碼管顯示溫度值。該系統(tǒng)的電路連接方式如圖2所示。

圖2中，IOA0- IOA7控制數(shù)碼管的段選，IOB0-IOB7控制數(shù)碼管的位選，IOB8- IOB15實現(xiàn)1*8鍵盤，IOA13- IOA15控制紅外測溫傳感器電路的啟動、時鐘及數(shù)據(jù)接收。LED鍵盤控制電路和紅外測溫傳感器電路的VCC和GND均與SPCE061A共用。

2.1 SPCE061A單片機

SPCE061A是凌陽公司研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款16位單片機，它采用高性能的u‘nSP內(nèi)核，具有豐富的硬件資源，并集成了ICE （在線仿真電路）接口，可以直接利用該接口對芯片進行下載、仿真、調(diào)試等操作。SPCE061A的特性參數(shù)見表1.

表1 SPCE061A的特性參數(shù)

另外，SPCE061A單片機是易學(xué)易用、效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且提供了語音錄放的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件。

2.2 紅外測溫控制電路

紅外測溫控制電路解決了傳統(tǒng)測溫時必須接觸測溫的問題，并且具備響應(yīng)速度快、測量精度高、測量范圍廣以及可同時測量環(huán)境溫度和目標溫度的特點。

紅外測溫控制電路包括：電源VCC，一般為3~5V之間的電壓，該電路取VCC為3.3 V;數(shù)據(jù)接收引腳D：沒有數(shù)據(jù)接收時D為高電平；時鐘引腳C：為2kHz Clock輸出；接地引腳G和測溫啟動信號引腳A：低電平有效。

紅外測溫控制電路在Clock的下降沿接收數(shù)據(jù)，一次溫度測量需接收5個字節(jié)的數(shù)據(jù)，這5個字節(jié)中：

Item若為0x4c，表示測量目標溫度；若為0x66，則表示測量環(huán)境溫度；MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)；LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)；Sum為驗證碼，接收正確時Sum=Item+MSB+LSB; CR 為結(jié)束標志， 當CR 為0x0dH時表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。

無論測量環(huán)境溫度還是目標溫度，只要檢測到Item為0x4cH或者0x66H，同時檢測到CR為0x0dH，它們的溫度計算方法都相同。計算公式如式（1）：

目標溫度/環(huán)境溫度=Temp/16- 273.15， （1）式中：Temp為十進制，當把它轉(zhuǎn)換成十六進制時高八位為MSB，低八位為LSB.

3 紅外測溫儀的軟件設(shè)計

紅外測溫儀的軟件程序包括：主程序、測溫程序、播放顯示程序、鍵盤掃描程序等。

紅外測溫儀的主程序方框圖如圖3所示。在主程序中，調(diào)用了測量溫度程序測量數(shù)據(jù)，其程序流程如圖4所示。定義一個返回變量，根據(jù)這個返回變量在主程序可以判斷是否測量到正確數(shù)據(jù)；調(diào)用啟動測量程序啟動測溫；調(diào)用讀測量數(shù)據(jù)程序，讀取測量數(shù)據(jù)；判斷第1個字節(jié)數(shù)據(jù)是否為0x4c或者0x66，也就是判斷是否測到目標溫度或者環(huán)境溫度，是，則依次取第2個字節(jié)數(shù)據(jù)和第3個字節(jié)數(shù)據(jù)，如果第5個字節(jié)數(shù)據(jù)為0x0d，則證明讀到正確數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度計算公式計算溫度值，并且給返回變量賦0，表明已經(jīng)讀到正確的溫度值；否則直接返回。

測溫程序部分代碼， 這段代碼保存在文件TNDraverUser.c中：

TNDraverUser.c中：

……

unsigned int TN_IR_GetData （unsigned int Item）

{

unsigned int iItem，MSB，LSB;

unsigned int Back_Data;

Back_Data = 0xaaaa;

TN_IRACK_EN （）；

*P_Watchdog_Clear = 0x0001;

TN_ReadData （）；

iItem = （TN_Data_Buff ［0］&0x00ff）；

if （Item == iItem）

{

MSB= （TN_Data_Buff［1］）&0xff00;

LSB= （TN_Data_Buff［1］）&0x00ff;

if（（（TN_Data_Buff［2］）&0x00ff）== 0x000d）

{

iTemp = MSB | LSB;

iTemp = iTemp/16 - 273.15;

Back_Data = 0;

}

}

Delay（6）；

TN_IRACK_UN（）；

__asm （“ IRQ on”）；

return Back_Data;

}

……

4 結(jié)論

采用凌陽單片機研制的紅外測溫儀進行實際測溫，達到了以下主要性能：

（1）實際測量溫度距離可達30 m，測量過程中據(jù)測量結(jié)果能自動播報測得的環(huán)境溫度和目標溫度；（2）響應(yīng)速度快、測量精度高、誤差??；（3）與接觸式測溫方法相比，紅外測溫有響應(yīng)時間短、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點；（4）經(jīng)使用可知，該測溫系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

焊接溫度是焊接過程中的一個重要參數(shù)，其過高或過低都會影響焊接產(chǎn)品質(zhì)量。過高，則會浪費焊接功率，降低生產(chǎn)率；過低，則會降低焊接產(chǎn)品質(zhì)量。因此，控制好焊接溫度對于焊接產(chǎn)品具有特別重要的意義。