大體積混凝土無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：針對混凝土施工過程中溫度檢測的需要，設(shè)計一種無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于STC89C52微控制器，采用K型熱電偶配接熱電偶轉(zhuǎn)換器采集溫度，并以nRF905實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)無線收發(fā)。系統(tǒng)在混凝土澆筑過程中定時自動多點溫度采集，溫度數(shù)據(jù)無線傳輸，自動記錄測量點溫度及測量時間。
關(guān)鍵詞：混凝土溫度；單片機；無線通信

引言
施工混凝土內(nèi)部熱量較難散發(fā)，外部表面熱量散發(fā)較快，內(nèi)部和外部熱脹冷縮過程相應(yīng)會在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。溫差大到一定程度，混凝土表面拉應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度時，在混凝土表面會產(chǎn)生有害裂縫，有時甚至貫穿裂縫。另外，混凝土硬化后隨溫度降低產(chǎn)生收縮。由于受到地基約束，會產(chǎn)生很大外約束力，當(dāng)超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度時，也會產(chǎn)生裂縫。為了了解基礎(chǔ)大體積混凝土內(nèi)部由于水化熱引起的溫度升降規(guī)律，掌握基礎(chǔ)混凝土中心與表面、表面與大氣溫度間的溫度變化情況，需對混凝土澆筑過程中溫度變化實施實時監(jiān)測。傳統(tǒng)監(jiān)測方法要配專職測溫人員，使用電子測溫儀按時按孔測溫，并記錄測溫數(shù)據(jù)及時間。本設(shè)計為一種無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能定時、自動對溫度數(shù)據(jù)進行采集，無線傳送至監(jiān)控中心并作記錄。

1 硬件設(shè)計
1．1 工作原理
本系統(tǒng)由溫度采集節(jié)點和中心控制節(jié)點構(gòu)成。各節(jié)點以單片機STC89C52為控制元件。溫度采集節(jié)點由K偶溫度采集器、時鐘電路、數(shù)字顯示、無線發(fā)射電路等部分組成；中心控制節(jié)點由無線數(shù)據(jù)收發(fā)電路、RS232接口電路組成。溫度采集節(jié)點利用熱電偶測得混泥土測點實際溫度并轉(zhuǎn)換成毫伏級電壓信號。該電壓信號經(jīng)過溫度檢測電路轉(zhuǎn)換成與溫度相對應(yīng)的數(shù)字信號送入單片機。單片機進行數(shù)據(jù)處理后，通過4位LED顯示溫度值，同時將溫度與時鐘數(shù)據(jù)無線發(fā)射。中心控制節(jié)點無線接收溫度數(shù)據(jù)，并控制溫度采集節(jié)點完成數(shù)據(jù)發(fā)送。
無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1．2 溫度檢測電路
本系統(tǒng)采用的K型(鎳鉻-鎳硅)熱電偶，可測量1312℃以內(nèi)的溫度，其線性度較好，而且價格便宜。K型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號與CPU通信。傳統(tǒng)的溫度檢測電路采用“傳感器-濾波器-放大器-冷端補償-線性化處理-A／D轉(zhuǎn)換”模式，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、電路復(fù)雜、精度低。在本系統(tǒng)中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675來完成“熱電偶電勢-溫度”的轉(zhuǎn)換，不需外圍電路、I／O接線簡單、精度高、成本低。