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

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系來實現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。

紅外測溫儀內設光學裝置，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，并可以通過光電轉換器件和其它相關的輔助電路、光路構成的傳感器，將輻射能量轉換為電信號，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，所以稱作紅外測溫。

2 紅外測溫儀的硬件設計方案

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，系統結構框圖如圖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，實現在線溫度測量。然后，單片機經過處理控制輸出，來調整焊接功率的輸出。

凌陽單片機SPCE061A作為該測溫系統的控制中心，負責控制啟動溫度測量、接收測量數據、計算溫度值，并根據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，并將采集數據通過數據端口傳送到SPCE061A單片機；LED鍵盤控制電路中的鍵盤，控制溫度顯示和播放，數碼管顯示溫度值。該系統的電路連接方式如圖2所示。

圖2中，IOA0- IOA7控制數碼管的段選，IOB0-IOB7控制數碼管的位選，IOB8- IOB15實現1*8鍵盤，IOA13- IOA15控制紅外測溫傳感器電路的啟動、時鐘及數據接收。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是凌陽公司研發生產的性價比很高的一款16位單片機，它采用高性能的u‘nSP內核，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、調試等操作。SPCE061A的特性參數見表1.

表1 SPCE061A的特性參數

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

2.2 紅外測溫控制電路

紅外測溫控制電路解決了傳統測溫時必須接觸測溫的問題，并且具備響應速度快、測量精度高、測量范圍廣以及可同時測量環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;數據接收引腳D：沒有數據接收時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的下降沿接收數據，一次溫度測量需接收5個字節的數據，這5個字節中：

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

無論測量環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/環境溫度=Temp/16- 273.15， （1）式中：Temp為十進制，當把它轉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，調用了測量溫度程序測量數據，其程序流程如圖4所示。定義一個返回變量，根據這個返回變量在主程序可以判斷是否測量到正確數據；調用啟動測量程序啟動測溫；調用讀測量數據程序，讀取測量數據；判斷第1個字節數據是否為0x4c或者0x66，也就是判斷是否測到目標溫度或者環境溫度，是，則依次取第2個字節數據和第3個字節數據，如果第5個字節數據為0x0d，則證明讀到正確數據，根據溫度計算公式計算溫度值，并且給返回變量賦0，表明已經讀到正確的溫度值；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，測量過程中據測量結果能自動播報測得的環境溫度和目標溫度；（2）響應速度快、測量精度高、誤差小；（3）與接觸式測溫方法相比，紅外測溫有響應時間短、非接觸、使用安全及使用壽命長等優點；（4）經使用可知，該測溫系統穩定可靠。

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