SPCE061A型單片機(jī)在土木工程測溫儀中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)
1 引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/79229.htm在土木工程中,許多大型的橋梁和大壩都是采用現(xiàn)場澆注的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在此類工程中混凝土澆注以后,由于水泥的水化熱作用,混凝土內(nèi)溫度將逐漸上升,混凝土厚度的差異導(dǎo)致不同的溫升,形成溫度梯度并產(chǎn)生溫度應(yīng)力。與外力作用于結(jié)構(gòu)時(shí)引起的應(yīng)力不同,混凝土的溫度應(yīng)力是由變形引起的;混凝土的導(dǎo)熱性能較差,澆注初期其強(qiáng)度和彈性模量都較低,溫度變化引起的變形不明顯。隨著齡期的增長,混凝土的強(qiáng)度和彈性模量提高,對混凝土變形的約束越來越大,以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí),開始出現(xiàn)溫度裂紋。這將嚴(yán)重影響土木工程的質(zhì)量,所以很有必要對混凝土澆注后的一段時(shí)期內(nèi)的溫度參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,可為其合理的澆注和養(yǎng)護(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)。采用凌陽科技公司的高性能SPCE061A型單片機(jī)、美國DALLAS公司的DSl8B20型傳感器、SPRl024型大容量存儲器、1602型液晶顯示構(gòu)成一種適用于土木工程溫度的智能化監(jiān)測裝置。
2 SPCE061A的特性
2.1 SPCE061A簡介
SPCE061A是凌陽科技公司生產(chǎn)的一款性價(jià)比很高的16位單片機(jī),該單片機(jī)具有8路10位ADC,2路10位DAC,只需外接功率放大器(SPY0030A)即可完成語音的播放。另外,凌陽16位單片機(jī)易學(xué)易用,具有一套高效率的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中,支持標(biāo)準(zhǔn)C語言,可以實(shí)現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用,為軟件開發(fā)提供了方便的條件。
SPCE061A內(nèi)部還集成了1個(gè)ICE(在線仿真電路)接口,對其進(jìn)行編程、仿真非常方便,而且ICE接口不占用芯片上的硬件資源,結(jié)合凌陽科技公司提供的集成開發(fā)環(huán)境(μ’nSPIDE),可以利用它對SPCE06lA進(jìn)行真實(shí)的仿真;而程序的下載(燒寫)也是通過該接口進(jìn)行的。圖1示出SPCE061A型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
2.2 SPCE061A的特性
16位μ’nSP微處理器;
工作電壓:內(nèi)核工作電壓VDD為3.0 V~3.6V(CPU),I/O口的工作電壓VDDH為VDD~5.5 V(I/0);
CPU時(shí)鐘:0.32 MHz~49.152 MHz;
內(nèi)置2K字SRAM;
內(nèi)置32K閃存ROM;
可編程音頻處理;
晶體振蕩器;
系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)),耗電量小于2 μA@3.6 V;
2個(gè)16位可縮程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值);
2個(gè)lO位DAC(數(shù)/模轉(zhuǎn)換)輸出通道;
32位通用可編程輸入/輸出端口;
14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A/B,時(shí)基,2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入,鍵喚醒;
具備觸鍵喚醒的功能;
使用凌陽公司的音頻編碼SACMl_S240方式(2.4 kbit/s),能容納210 s的語音數(shù)據(jù);
鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號;
32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘;
7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器;
聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能;
具備串行設(shè)備接口;
低電壓復(fù)位(LVR)和低電壓監(jiān)測(LVD)功能;
內(nèi)置在線仿真(ICE,In-Circuit Emulator)接口。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)是由一個(gè)SPCE061A精簡開發(fā)板(61板)、DSl8B20型l-Wire數(shù)字溫度傳感器、SPRl024型128 Kx8 bit Flash、1602型液晶顯示器和外擴(kuò)UART串口電平轉(zhuǎn)換電路組成,可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量、顯示、存儲與PC通信等功能。此系統(tǒng)以SPCE061A為核心,其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,SPCE06lA與其他器件的連接如圖3所示。
4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
4.1 主程序的設(shè)計(jì)
主程序流程如圖4所示。主函數(shù)比較簡單,在程序開始后將系統(tǒng)時(shí)鐘調(diào)到24.576 MHz,程序中控制1602型液晶顯示器與DSl8B20需要嚴(yán)格的讀寫控制時(shí)序,其中軟件延時(shí)就是按照這個(gè)時(shí)鐘計(jì)算的。然后初始化I/O端口,打開2 Hz中斷,為定時(shí)lOmin做準(zhǔn)備。調(diào)用開機(jī)顯示界面,在液晶1602上顯示所需字樣,持續(xù)一段時(shí)間,重新初始化1602,初始化SIO和UART,為使用SIO和UART做準(zhǔn)備。然后進(jìn)入循環(huán),調(diào)用測溫函數(shù)測溫,調(diào)用顯示函數(shù)顯示,調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù),判斷是否為設(shè)定的時(shí)間(10 min),如果是,調(diào)用存儲函數(shù)存儲數(shù)據(jù);如果不是,直接執(zhí)行下一步清看門狗操作,然后繼續(xù)循環(huán)。
4.2 子程序的設(shè)計(jì)
4.2.1 溫子程序
測溫時(shí)首先設(shè)置DSl8B20的DQ為高電平,然后初始化DSl8B20,DSl8B20接收單片機(jī)的命令,為了簡單起見,這里跳過ROM命令設(shè)置匹配過程,然后再次初始化DSl8B20,啟動(dòng)測溫,然后保存溫度并返回。DSl8B20的驅(qū)動(dòng)程序可以參考DSl8B20的讀寫時(shí)序圖進(jìn)行編程。測溫子程序如圖5所示。
4.2.2 顯示子程序
測得溫度后,將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的溫度表示,再通過查表(在C語言中是一個(gè)數(shù)組,參考Display函數(shù)中的Data[101]數(shù)組)調(diào)用1602顯示在液晶上,數(shù)據(jù)處理類似于由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制,再由十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為ASCⅡ碼,讀者可以參考相關(guān)的說明。
4.2.3 存儲子程序
調(diào)用SPR1024的用戶函數(shù),完成存儲功能,存儲的數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)換,只是將溫度數(shù)據(jù)分為高低字節(jié)分兩次存儲。
4.2.4 UART通信子程序
通信子程序采用查詢的方法,數(shù)據(jù)格式為先發(fā)數(shù)據(jù)oxAA,然后是溫度數(shù)據(jù)的高字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)的低字節(jié),最后是0x55結(jié)束。
4.2.5 中斷的處理
在程序中打開2 Hz的中斷作為計(jì)時(shí)使用,設(shè)置全局變量g_Minl0為計(jì)數(shù)器,每進(jìn)入中斷1次計(jì)數(shù)器加1。在主函數(shù)中判斷是否到達(dá)預(yù)定值(10 min),如果達(dá)到,計(jì)數(shù)器清0,重新開始計(jì)數(shù)。
5 結(jié)束語
該智能化溫度監(jiān)測儀將單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)應(yīng)用于土木工程測試中。在混凝土水化熱溫度監(jiān)測、鋼結(jié)構(gòu)表面溫度監(jiān)測、大型機(jī)械設(shè)備溫度監(jiān)測以及糧食、倉儲系統(tǒng)的溫度監(jiān)測中取得成功的應(yīng)用。它的成本低,布線簡單,使用維護(hù)方便,可以覆蓋幾乎所有的中低溫測量場合。
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