單片機(jī)在腐蝕性介質(zhì)溫度動(dòng)態(tài)測(cè)量中的應(yīng)用

2 動(dòng)態(tài)測(cè)溫裝置硬件

電解質(zhì)基于熱電偶的動(dòng)態(tài)測(cè)溫裝置以ATMEL公司的AT90S8515單片機(jī)為處理器，配備A/D轉(zhuǎn)換接口、鍵盤、LCD顯示器和RS-232C通信口。 8515內(nèi)含8KB可在線下載的Flash、512BE2PROM和512BSRAM,不需外接存儲(chǔ)器,其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2。為提高模數(shù)轉(zhuǎn)換精度，采用 AD公司12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7888對(duì)經(jīng)過放大、調(diào)理之后的K型熱電偶電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，AD7888具有8路模擬通道，125KSPS的采樣速率，轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)從可與SPI匹配的串行接口輸出。8515的SPI口（PB4、PB5、PB6、PB7）與AD7888串行口采用同步通信方式通信，獲取溫度采樣數(shù)據(jù)，按上述基于時(shí)間常數(shù)的動(dòng)態(tài)測(cè)溫算法進(jìn)行處理，被采集通道的最終穩(wěn)態(tài)溫度值送LCD顯示。

3提高測(cè)量精度的措施

①為使熱電偶輸出盡可能接近理想特性，應(yīng)使熱電偶充分冷卻后再進(jìn)行下一次測(cè)量，相鄰兩次間的測(cè)量周期至少需保證5min以上。由于熱偶在低溫段與指數(shù)規(guī)律相差較大，因此當(dāng)溫度低于200℃（滿量程為1000℃），不進(jìn)行計(jì)算和預(yù)報(bào)；理想的測(cè)量預(yù)報(bào)段在300℃至850℃之間。

②為消除噪聲和模型誤差給時(shí)間常數(shù)計(jì)算帶來的影響，在對(duì)各點(diǎn)所求得的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行平滑濾波后，再按式（6）對(duì)由（2）式得到的溫度進(jìn)行平滑濾波，直至滿足式（7）中設(shè)定的誤差極限ε為止。
θ∝(N)=αθ∝(N-1)+(1-α)θ∝(N) (6)
θ∝(N)- θ∝(N-1) ≤ε （7）

式（6）中，θ∝(N)是第N次采樣溫度值，θ∝(N)是第N次濾波輸出溫度值，α是濾波加權(quán)系數(shù),0＜α＜1。

③在高速采樣情況下，從式(5)可知斜率的微小誤差將引起時(shí)間常數(shù)較大的誤差,因此實(shí)際測(cè)量時(shí)需要連續(xù)計(jì)算各點(diǎn)斜率比,并對(duì)其進(jìn)行防脈沖干擾滑動(dòng)濾波,以便得到一個(gè)穩(wěn)定的斜率比。

4 軟件編程

AVR單片機(jī)支持高級(jí)語言編程,為縮短開發(fā)時(shí)間,編程過程中采用了功能強(qiáng)、庫函數(shù)豐富的CodeVision C編譯器編制系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件由鍵盤處理、數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算、顯示、通信等子程序組成。數(shù)據(jù)采集處理子程序流程如圖3。