多点温度实时监控系统设计
多点温度实时监控系统设计
多 点温 度 实 时 监 控 系统 设 计
A Real-—tim e M onitoring System Design of
M ulti-—spots Tem perature
何凤 琴
(上 海师 范大学 ，上海 201418)
摘 要 ：介绍了以 5l单片机为核心 ，利用 ADC0809进行模数转换 ，对 同一场合下多点温度进行监控 ，
并设计了新颖的冷端补偿电路和通用查表法。
关键词 ：单片机 热 电偶 冷端温度补偿 查表法
Abstract： Using ADC0809 and multiplex switch and the single chip microcomputer as the eore，the
temperatures of many spots in the same situation were monitored． At the same time，a new cold point compensated
circuit and a gener~ look—up table method were designed．
K ey words： single chip microcomputer thermocouple cold point compensated circuit look — up
table method
0 引言
随着 工 业 的繁 荣 发 展 ，越 来 越 多 的 工 业 场
所 需 要 温 度 监 控 ，例 如 电 阻 炉 、烧 结 瓷 砖 的 窑
洞、实现 SMT技术 的场合等等。控制各个点 、各
个时刻 的温度 ，能够保证产 品的质 量 、色泽 等。
本文设计 了一种多点 温度实 时监 控系统 ，它能
实 时显 示 测 量 点 的 温度 ，而 且 如 果 温 度 超 过 设
定的临界值时 ，就发出信号报警 ，并且可以通过
微 型 打印机 绘制 同一 个 时 刻不 同点 或 者 是 不 同
时刻 同一点 的温 度 变 化 曲线 。这 样 能 有 助 于 发
现 问题 并解决 问题 ，为节 约 成 本 和提 高 生 产 率 、
生 产质 量做 出贡 献 。
1 系统构成
本系统设计的测量温度在 0cC～1 300cC，采
用 K型热电偶测温。本系统 可测量 l6点温度 ，
系 统 的 框 图 如 图 1 所 示 。 单 片 机 选 用
●
放 多 ●
164x6 }．．一 TXD 大 路 ● ●
卜__ RXD ADC0809 电 开
路 关
●
LED显示 AT89C52
冷端补偿电路
l 报警电路 P1 0
打 印机 =
图 1 系统 原 理框 图
十
一
／ 、
路
输
入
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机 电一体化 Mechatronics 2005年第 2期
AT89C52，它 有 8K的 EEPROM，不 用扩 展程 序
存储 器 ，A／D转 换 采用 ADC0809，显 示采 用 串行
静 态 显 示 方 式 ，由 TXD 和 RXD 控 制 6 片
74LS164，驱动 6个数码管 ，左 面两个显示路数 ，
右面 4位显示温度值。报警电路 由 AT89C52的
P1．0脚 控制 轰 鸣器来 实 现 。热 电偶 的放 大 电路
由 OP07运算 放 大器 及 电 阻 、电容 等 组 成 ，放 大
倍数 为 9O倍 。
2 温度检测 方法
ADC0809是 8路 8位 逐 次逼 近式 A／D转 换
器 ，可 以和微 机直接相连 。它具有精度 高 、抗 干扰
能力强等特点。所需 的时钟信号 由 CLK引脚从
外界引入，通常使用的频率 为 500kHz的时钟信
号。热电偶 的冷端补偿采用 AD590集成温度传
感器测量 室温 。当在 AD590两端加 4～30V电压
时 ，其输 出 电 流 与 绝 对 温 度 成 正 比，且 按 1uA／
K℃变化 ，是 一个线性 电流源 ，串联 一个 10k的电
阻将输 入 电流变成 电压 。如被 测室 温是 25℃ ，则
输入 到 ADC0809的电压 为 2．982V。冷端 补偿 电
路如 图 2所示 。
图 2 冷 端补 偿 电路
3 软件设计
本电路选用 的是镍铬一镍硅 K型热 电偶传
感器 ，K型热 电偶具 有正 的电压温度系数 ，
OITK~--41．269~V／
假定被测温度 T=100~(2(热端)，室温 rA=
20~C(参考端 )，此 时热 电势
e=OITK×( 一 )=
41．269~V／ ×(100—20)℃ 一3．3mV
这恰 好 对 应 于 80~C的毫 伏 值。这 表 明，测 量
100％温度时热 电偶输出的仅是 80~C的输 出值，
比实际被测温度低了20~C，而 20~C热电偶的输 出
就对应 于 0．798mV。若 将 e视 为 电源 ，只要给 它
加上 0．798mV热 电势 e。，使(e+e。)约等于 100％
所对 应 的热 电势 (4．095mV)，则 热 电偶 的输 出能
跟温度对应。这就是对参考端 (冷端 )温度进行
补偿 的原理 。
为了防止一些 突变 的干扰信 号 ，利 用数字
滤波 的方式 来 处 理这 些 干 扰 信 号 。 本程 序 中笔
者运用 了复合滤波法 。复合滤波的设计思想是
把两种 以上 的滤 波 方 式 结 合 起 来 ，以进 一 步 提
高滤波效果 。如把 中值滤波和算术平均值滤波
结合起来 ，可得到 一种复合 滤波方法。其设计
思想是 ，把 Ⅳ次(如本程序为 1O次)采样值按从
小到大的顺序排列 ，去掉最大值 和最小值 ，再把
剩下的 8个值用算术平均 的方法 取均值 (砍头
去尾 取 均值 )。
我们用查 表处 理热 电偶 、热 电势与温 度值
间的非 线 性 关 系。根 据 热 电偶 分 度 表 ，若 将 其
各个温度对应的热 电势乘以放大倍数 9O后 ，写
成八 进 制 形 式 存 储 在 单 片 机 的 ROM 中 ，再 将
AD590处测的电势和温度值也按上 述类似 的方
法制成表格 ，存储 在 ROM 中，整 个表格 大致 占
300字 节 不 到 ，AT89C52有 8K空 间 的 ROM 完
全能 满 足 这 个 要 求。例 如 ，热 电 偶 电 势 为
35．314mV，放 大 9O 倍 后 约 为 3．178V。 由
ADC0809转 换 后 为 A1H，查 找 单 片 机 中 预 先 存
好的 表 格 与 此 相 等 的 值 可 知 ，采 样 到 的 是
850~C，再加上 AD590采样 到的常温值 (假设室
温是 27 oC)，就得到真实值 877℃。
整个软件 占不到 2K字节 的内存 ，且查表速
度快 ，抗 干扰能力强 。
4 结论
多点温度实时监控系统可用于很多场合的温
度实时检测 ，成本低且可靠。采用复合滤波法和
通用 查 表法 ，不但 占内存 少 ，抗 干扰性 强 ，并 且采
用软 硬件 的方 式实 现冷 端 补偿 措施 ，具 有推 广应
用价 值 。
参 考 文 献
l 徐 安．单 片机 原理 及应 用．北 京 ：希 望电子 出 版社 ，2003
2 王福瑞．单片机微机测控系统设计大全．北 京：北 京航 空航天
大 学 出版社 ，1999
3 求 是科技 ．单 片机 典 型 模块 设 计 实 例 导航 ．北 京 ：人 民 邮 电 出
版 社 ，2004
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