跟着科技的开展和现代化工业出产的需求，温度的丈量和操控越来越遭到人们的重视，对温度的精确收集及合理调控，将会对温度要求较高的作业环境起到至关重要的效果。尤其是在炸药爆破等恶劣环境条件下对爆破场温度的散布规则的研讨有助于为炸药和相关弹药的威力查核及剖析供应根据。文中运用CPLD作为主控芯片，运用钨铼热电偶温度传感器并配以高效低功耗的测验电路对爆破场温度进行动态测验。
1 体系规划方案
1．1 动态存储测验
所谓存储测验技能，是指在对被测目标无影响或影响在答应规模的条件下，在被测体内置入微型存储测验仪器，现场实时完结信息快速收集与存储，过后收回记录仪，由计算机处理和再现被测信息的一种动态测验技能。
1．2 测验体系总体规划
本次规划的温度测验体系，首要是运用CPLD来完结。温度传感器将外界温度信号转化为弱小的电压信号，经过模仿电路部分将输入信号进行放大和滤波，再经过A／D转化电路把模仿信号转化为数字信号，然后经过FIFO存入存储器，计算机经过接口电路对数据进行读取。温度测验体系的原理框图如图1所示。其间，A／D转化器、FIFO、存储器和电源办理模块都是由CPLD操控。
图1 键盘扫描电路VHDL描绘流程图
2 关键技能
2．1 主控芯片CPLD的挑选
在本次规划中运用Xilinx公司出产的XCR3128作为温度测验体系的主控CPLD芯片。XCR3128有100个引脚，其间有76个I／O引脚，4个信号接口，4个大局时钟，7个VCC，8个GND，1个PORT_EN；共包括128个宏单元，VCC为3．6 V，电流限制为200mA。XCR3128封装小，功耗低，充沛满意了实践需求。
在本次规划中，操控部分首要由CPLD操控电路时序和作业形式的发生。操控功用图如图2所示，首要功用有：
1)电源办理及操控模块：该模块首要完结测验体系的电源办理及大局时钟操控，然后到达下降功耗和操控各信号初态的意图。
2)时钟分频模块：该模块首要完结对从晶体振荡器输出到CPLD的时钟进行分频，然后得到A／D转化器、存储器和FIFO需求的时序。
3)编程触发比较模块：该模块首要完结触发温度数字电平的编程，经过移位寄存器完结；数字比较部分是把A／D转化成果和所编温度数字电平值比较判别触发与否。
4)FIFO及存储器地址模块：该模块首要完结生成FIFO和存储器需求的地址，FIFO和存储器的数据读写。
5)A／D时序发生模块：该模块首要完结A／D转化器的CONVST／和读信号的时序生成。
6)读数模块：该模块首要完结读数接口的逻辑衔接操控，接纳计算机发送的脉冲信号，以完结数据传输的意图。
图2 操控功用图
2.2 温度传感器
在爆破场等高温、高压、高冲击的恶劣环境下收集瞬时温度的动态改变对温度传感器要求很高，因而选用了美国NANMAC公司的E12钨铼腐蚀热电偶。该热电偶瞬态温度呼应时刻仅为几百奇妙，温度规模高达2 315℃，耐压程度高达69 MPa，彻底可以满意爆破场温度测验的需求。
热电偶是运用导体或半导体资料的热电效应将温度的改变转化为电动势的改变，热电偶回路中发生的电动势差为：
NA、NB为资料A、B的电子密度；σA、σB为导体A、B的汤姆逊系数，K为波尔兹曼常数。
因为导体汤姆逊效应引起的电动势差比较较小，常可疏忽，因而当热电偶的两种资料的特性为已知时，一端温度固定，则待测温度T是电动势的单值函数。为了使E12钨铼热电偶冷端温度固定在0℃，本次规划选用了补偿电桥法补偿冷端的温度改变。
2.3 电源办理模块
因为温度测验体系常常需求在恶劣的环境中作业，所需的能量都是靠一次性的高温电池来供应，电量有限。而温度测验体系往往要求测验进程很长，为了减小在丈量进程中因为电量缺乏而使电路不能正常作业的可能性，就必须考虑测验体系低功耗的要求。因而规划了先进的电源办理模块，即电路在需求作业时给其供电，在不需求作业时断电，减小电路无效操作时功耗的份额。
为了削减不必要的损耗，选用了多路电源供电办理形式，分别为：VCC、VDD、VEE.VCC和CPLD相衔接，存储模块部分、AD转化部分由VDD供电，运算放大器、晶振由VEE操控。
本体系中选用双通道电源开关芯片MAX894作为电源办理芯片，其供电规模为2.7~5.5 V，关断时耗费电流仅为0.1μA，两通道悉数翻开是耗费电流约为17 μA.在本次规划中MAX894芯片输入电源VCC=3.6 V，经过ONA/操控发生VDD=3.6 V，经过ONB/操控发生VEE=3.6V. ONA/ONB/低电平有用，由CPLD内部操控。如图3所示。
图3 温度操控体系电源办理模块
电源办理模块在CPLD内部的操控部分如图4所示，ONON和OFF是电路模块的开关，TC/是CPLD外接晶振的使能端，高电平有用。当电路上电后，ONON变为高电平，ONA变为高电平，ONAN变为低电平，电源办理模块的VDD输出有用，AD转化部分和存储模块部分开端作业。因为晶振此刻处于作业状况，所以TC为低电平，ONBN也是低电平，电源办理部分的VEE输出有用。当存储器的存储空间存满后，晶振停止作业，TC变为高电平，ONBN也变为高电平，所以VEE输出无效，运算放大器部分封闭。此刻电路处于微功耗状况，存储器处于待读数状况。当存储器中的数据被读出后，电路可以封闭。此刻除了CPLD，一切器材均被封闭。
图4 电源办理模块逻辑操控图
3 软件规划
温度测验体系的作业流程规划为5个部分：接通电源的初始状况、上电后的循环采样状况、触发后的采样存储状况、收集完后的待读数状况、数据读出及数据处理状况。温度测验体系的状况转化图如图5所示。
图5 体系状况转化图
图6为测验体系的仿真时序图，经过屡次软件仿真，得出正确的仿真成果，标明晰本次规划的温度测验体系在理论上可以满意测验要求。
图6 体系时序仿真图
图7为实践温度测验成果图，经过VB软件处理得到。在此次试验中温度测验体系收集的数据曲线与所给环境温度的动态改变根本共同，标明本次规划的根据CPLD的温度测验体系可以牢靠精确地收集数据信号。
图7 实测数据图
4 定论
本次规划的温度测验体系，选用集成度高、牢靠性强、功耗较低的CPLD作为主控单元，运用耐高温高压、呼应时刻快的热电偶作为温度传感器，匹配先进的电源办理模块完结了测验体系的低功耗，并结合动态存储测验技能，可以应用于环境条件比较差的恶劣环境中，在牢靠可信、微功耗的基础上能得到较好的试验数据。
