非接触传感器的单片机温度检测系统

1、苇2 2卷第4期2001皇1 2月连霞道学院学砸0 DALIAN RAI LW A Y INSTTUTE文章编号： 10001670(2001j o4005104VoI 22 No 4De。2001非接触传感器的单片机温度检测系统吕纯洁 ，李小刚1， 薛继仁 ， 朱峰( 太连铁道学院材料科学与S-程系， 辽宁大连 6028；2济南铁路局换轨 修段东济再 250022)摘要：研制了使用非接触传感器的温度检测系统读系统以8031单片机为棱心部件利用光纤温度传感器对温度进行采样， 通过微处理系统电路 AD 转换接口电路、数据采集接u 电路、数码显示电路等主要组成电路， 实现了非接触韫度检测功能 检测

2、精度为土I关键词非接触传感器， 温度橙删； 单片机中图分类号：TP368 l 文献标识码：A目前国内的测温手段主要依靠各种规格的热电偶和热电阻， 它们均属接触式测温但在实际温度检测中， 被检测物体有时处于运运状态， 难以实现接触式测温， 如钢轨及道岔尖轨淬火过程温度的检测， 热电偶等测温手段就无法满足测温要求 因此研制非接触温度检测系统， 对工业中运动物体温度控制具有重要意义1 硬件设计1,1 温度传感器的选择在温度控制系统中， 温度传感器的性能对提高系统的稳定性和检测精度具有重要影响为了实现非接触式温度检测， 选用了GxW2系统非接触式光纤传感器， 该温度传感器测温范围为400 l 20(1

3、 (根据测温需要， 还可选用其他测温范围的传感器)本传感器有测量精度高、稳定性好和使用寿命长等特点传感器用光纤探头与电子处理单元分离的结构， 探测热源辐射的红外波密度， 经光纤传导进入光电转换单元， 经缓冲放大，线性化处理后 得到与被测温度信号呈线性关系的标准电压信号或电流信号该信号接人系统中， 可使系统得到温度信息12 硬件电路设计原理图见图18031单片机为核心lj， 外接4K 的EPROM2732程序存储器及2K 的RAM6116数据存储器、地址信号经74Ls373芯片锁存LED数码管采用两片8255芯片驱动的静态显示， 共接了4个数码显示管、可以显示四位温度值模数转换器选用A,D574

4、A收稿日期20010321作者简介 吕纯洁(1972一)、女 助理工程师维普资讯 大连镀 学院学报 第22卷芯片由于温度传感器输出的是420Ilia的电流信号，必须经过转换接VI电路变为2l0V的电压信号才能输入AD转换器转换接r电路见 2接锰度传感器图1 非接触温度检测系统硬件电路图度号图2 转换接口电路2 软件设计程序的整体设计思想是：定时器1用作控制程序定时执行，定时时问设置为一秒，每隔一秒执行一次中断服务程序，执行一次图见图3， 中断程序流程图见4程序流程为： 开始， 判断停止按下 停止运行， 结束 否则，执行初始化，启动定时器， 等待中断中断申请， 执行中断服务程序通过运算得到温度值

5、，分离出温度值的个 十、百、千位送数码管显示， 最后执行喂狗程序， 返回温度值由传感器输出的42(1 mA 的电流信号经过250 n标准电阻转换为1 5V电压信号，经放大后变为2 10V， 由 图3 主程序流程图 图4 中断服备子程序流程维普资讯 第4塞 与纯洁等 非接齄等感嚣的盟片叽温度控删系A 574 A把浚信号淡入单片机中 通过转换公式计算得到温度值转换公式如下：T=0190H+0 3E7DH 1D 0346H) (1 J在程序的执行过程中， 设置程序监视器 (WATCHDOG 看门狗)， 可比较有效地解决干扰引起的死循环问题用定时器0作为看门狗的定时器使用 定时时间稍大于程序循环执行一

6、次的时间3 温度检测校核及现场调试为了检测控制系统测温的准确性 在实验室中加热热处理炉 使其升温到800 (热处理炉的最高温度) 然后关断电源、打开炉门使其逐渐降温， 并用控制系统与标准热电偶每隔一段时间同时对热处理炉的温度进行测量， 所测温度进行比较， 温度检测结果比较见表1由于温度值与传感器信号之间呈线性关系，故实骑中仅在400 800 之间进行校核由实验结果可看出， 本系统的温度检测误差为土l表l 系统与标准热电偶测温结果比较 系统温度热电偶温寝 系照温度热电偶韫唛本系统还在生产现场对道岔尖轨淬火过程中的尖轨加热温度进行千怠测道岔尖轨淬火采用的是l 000 Hz中频感应加热， 雾化水冷却

7、的淬火工艺，所 测温环境恶劣， 存在中频磁场的强干扰源， 而且测温过程中， 尖轨处于运动中， 需要实现非接触测温现场调试过程中， 系统测温准确， 工作稳定 能够抵抗l 000Hz中频干扰说明本系统工作稳定， 抗干扰能力强， 能够满足非接触测温要求4 结论(1)本文设计出MCS一51单片机控制非接触温度检测系统， 可实现非接触温度检测(2)本系统检测温度误差为士l 测温范围为400 l 200 (3)本系统工作稳定，抗干扰能力强， 能够满足生产现场非接触测温要求参考文献【I】沈德金， 陈粤初MCS一5】系统单片机接I】电路与应用程序实例 】北京北京航空航天大学山版社， 1990翻马宝甫， 刘元法

8、，郝振刚等微机应用系统可靠性设计理沧与实践 】北京： 电子工业山版社I999_3_李华MCS一51系列单H机实用接口技术M】北京：北京航空航天大学出版社1993(下转第90页1维普资讯 第22卷第4期200 年1 2月大J0UR AL连铁道OF DALIAN学 院 学RA JLW AY报lNSTITUTEVol 22 'No 4Dec 2001文章编号106016702001104一5405朱雪梅， 张彦生(大连铁道学院村料斟学与工程系， 辽宁大连1n6028)摘要用测量阳极极化曲线与相应电化学参数方法研究Al与cr含量对Fe一2511台金在1molL Na q 溶液中电化学极化行为的

9、影响 在1mol,"L NBzSO溶液中Fe-25Mn台金不能钝化 在Fe一25Mn台金中加人22 Al导致呈现一个广阔的活化一钝化转变区，并在高电位处显示钝化的趋势 进一步在Fe25Mn一22A1台金中加人6,9oCr则引致钝化能力显著增加， 并呈现窄的活化一钝化转变区及一个颇稳定的钝化区 Fe-25Mn一22A1-69Cr台金的维钝电流密度L接近lCrl3币锈铜的 值 还对加人Al或cr和Al与cr的优化组合提高Fe-Mn基台金钝化性能的原因进行了简单的讨论关键词： 电化学极化曲线； 钝化：FeMn基台金中图分类号：1_GIl3 23 文献标识码：A60年代初， 张彦生等人_】-

10、31曾报道由FeMnA1基合金发展低温钢、无磁钢与热强钢的现实可能性和它们的成分范围、组织结构与性能等 但认为以F MnA1基研制出能代替一般Fecr'Ni不锈钢的抗腐蚀合金是难以真正实现的8O年代初以来，Banerjl ，Wang与Back 】， 以及Garcia 等人试图发展FeMn A1基的“poor I2"F1s stainless sels ，Wang与Back还认为Fe一30Mn一10A1一lSi合金在3 5NaCI水溶液中的阳极极化和浸泡实验结果所表征的抗蚀性能还略优于1Crl8Ni9Ti不锈钢 但作者 与AIIsretellern11)0ng )，Wen【13

11、及Shiht 等人的细致研究结果均未能证实上述学者的研究结果与论据作者曾研制15M n26A14，30Mn20A13，30Mn23：M4Cr5等低温无磁钢与FeMnA1Cr Covar合金， 并进行批量工业生产与应用_I 这些新合金也要求在工作条件下具备必要的耐腐蚀性能 与30Mn23A14Cr5ll 相比，Fe一24Mn25A17Cr也是一种综合性能优良且强度较高的低温无磁钢 为此， 本文以Fe24Mn2 5A17Q 合金为对象， 研究A1与Cr对Fe-M二元合金在1 mlL NarSO 溶液中电化学极化性能影响， 以阐明加人A1或A1与Q复合对提高FeMn合金抗电化学腐蚀性能的有益作用1

12、实验方法配制合金的原材料为工业钝铝、金属铬， 经重熔去除氢气的电解锰和低碳精钢材收穑日期：200108 29基金项目： 国家自然科学基金项ll(59901003，59471027)，辽宁省教育厅高等学校科学研究项fl(20131037)作者简介：朱雪梅(14一)， 女 副教授硕士维普资讯 90 太连铁道学院学报 第22卷The Efect of Depressor OilFilamentous Bact aZHANG Yaobin wAN LiFEI QINGzhi(Dept of Emronmental Science EngJneenngItJJan Railway Institute 1

13、16028C：ina)Ahslamct： The method which this paper used is dding dep indudkqg d)drogen peroxides， soditmLh) cNorite，PAC and ferric cbo tide to the bulking systemSludge voltmae index and removal effi ncy forCOB aIe exanmed to determine the best orioelatratioi1 of the four depresses，an d the efect of th

14、e fourde pressols is continomly Obs自 州for 24 boutsKey words：sludge balking ，zooloea ；depreor(上接第53页)SCM Temperature Ttdng Systen Noncontact SlsorLU Chun-jie LI Xiao-gang XUE Ji·ren。ZHU Feng(1I)ept of MaterialScience E needingDiala Railay InstituteDian 】16028 China2Jinan 250022，China)Ahslamct：Te

15、mperature testing system w ing I1OBOOBtact 嚣。 is developed The(3Die part of the system is 8031SCM The system uses fiber temperature sensor tO sample temirature gna1 sM ain circuits of the systemincluding CPU circuit,A oon,mg cimuit,data sampl嘴Cil2alt，inputting and outptOing klterface cir etc aye use

16、dto complete rlonooBtacttemperatttre tiI1g m an accuracy of1Key words：BOil-COntact Selk, Ol" temperatttre testing mlcl'op r维普资讯 _元器件应用AI D转换器MAX 1 27 0与5 1单片机的接口设计在现实生活中有很多物理量都是模拟量，我们经常的办法是将物理量转化为模拟形式的电信号，再通过AID转换变成数字量，便于存储和传输。AID转换器在这个过程中起到了关键作用，是我们在实际的电路设计过程中经常使用的一个模块。本文介绍了SPI接口的AID转换器MAX

17、1 270，现将它的特点介绍如下：12位分辨率逐次逼近式，例如输入电压范围为5V，最小分辨为1 2207mV：04个软件可编程输入模拟电压范围：±10V 0+10V，4-5V，0+5V；08个独立模拟输入通道；1 10kbps的采样速率； 内部(4096V)或外部电压基准源，最好使用内部基准源；Gm黧匪P2端口C10lpF内部或外部时钟，在本文中使用外部时钟；芯片供电电压为单5V。本例中仅用到了MAX1 270的部分功能，设计的具体电路如图1所示。MAX1 270的各引脚功能结合本例介绍如下：O CH7一CH0：八个模拟信号输入通道；REF、REFADJ：用以调整基准电压源，图1中将

18、REF ADJ通过0 01 u F的电容接地意味着使用内部参考电压。否则，REF接外部参考电压；SCLK：输入输出数据的时钟，频率一般2MHz，本例由单片机控制，为DIN或DOUT数据线上的信号提供同步；DIN：输入命令数据的信号线，串行方式；DOUT：输出转换后数据的信号线，串行方式；OSSTRB：指示转换是否完成的信号线，作为单片机的输入，可查询也可图1 MAX1270的设计原理图2"- 4- 7FF6m丽I- CH1 c2-11"CCHH S4 VTCC Il uul匿污 cH l面H2 f1土 l 吴玉宝中断；S而N：低电平时，MAX1270进行睡眠状态，图1中接电

19、源，使睡眠功能失效。MAX1270其线性误差小于±12LSB， 最大转换时间66 IJ S。MAX1270内部设有三态数据输出锁存器，因而可直接与8位的51单片机的IO 口相连，而无需外接元器件就可独立完成AD转换功能，应用非常方便。输入电压具有保护，最大可以承受4-1 6，5V的异常电压。作为一种串行的AD转换芯片，MAX1270提供与SPI兼容的接口，支持通过三线协议与处理器串行口或SPI接口器件进行连接，在本文中由于单片机选用的是经典的51单片机，它没有SPI接口，但是我们可以很容易的用普通的IO 口模拟SPI接口的时序，另外，如果读者有兴趣，可以尝试用串行口实现与MAX127

20、0进行通信。现将MAX1270的SPI接口介绍如下：主要的管脚有：SCLK：串行时钟输入； ：片选信号，仅当为低时数据才可以输入；DIN：串行数据输入；DOUT：串行数据输出；SSTRB：转换结束时串行脉冲输出。MAX1270的SPI接口的控制时序可以描述如下：单片机将cs拉低后输入8位控制命令。此8位控制命令字可对ADC讽踊曩49维普资讯 cs姒KDill篱Tm元器件应用D0UfI z 厂 L旺巫她一 一一ACQIJISITl嗍C0陡lis帕_·4_ 2BITSCLK I 12町cLK 0+4lNTCLK图2 MAX1270的SPI接口的控制时序图DST蠢TE进行配置，可选择单双极

21、性，可设定输入模拟信号电压范围等。输入过程由51单片机模拟SPI时序。输入完成后将CS拉高。 当ADC 转换完成时， 会使SSTRB由低变高，此时单片机可读取数据。将C 拉低，读取DOUT上数据(读取过程由单片机由51单片机模拟SPI时序)。至此SPI接口时序完成了，具体时序图如图2，参照以上时序，编写的程序如后面所附。由于51单片机模拟SPI方式传输或接收数据，是以字节为单位的，而MAX1270为12位ADC，所以要读取两次数据，将两次一个字节数据合并以得到正确的12位数据。由于本例中使用了内部4096V的参考电压，此时得到的数据是以4096V为总范围，而不是模拟电压输入范围：0-+5V，所以在程序中还将读取的数据转换到5V的电压范围内，才能得到与万用表测得的数据一样的数据显示，否则总是比万用表测表1 MAX1270