基于c8051f020的k型热电偶无线测温系统设计

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1、O引言　　目前，温度测量已被广泛应用于钢铁、冶金、工业焊接、波峰焊、回流焊等各个领域。这些应用的待测温度很高，测量环境非常恶劣。传统的有线测温装置，在这种测温环境下，或无法应用，或受到很多限制。这就要求研发无线的测温系统。这种系统要能够耐受恶劣的环境，还要具有高的测量精度和温度采集速度，并能在远距离由上位机接收。　　根据上述工业生产的需要，本文研发出了一种无线测温系统。该系统使用K型热电偶作为感温原件，测温范围大，适用于波峰焊、回流焊等高温领域。而且本系统具有独立的温度补偿电路，从而解决了某些集成温度补偿芯片温度采集速度慢的问题，提高了温度测量的灵敏度。

2、由于本系统是无线收发，使用CCl000作为无线通讯芯片，故可以在一定距离由上位机接收数据并实时监控。另外，本系统还有实时记录数据的功能，并可在无线通讯出现障碍时，把数据保存下来，而后等温度采集结束后，由上位机软件读出。　　1系统硬件设计　　本系统采用SOC芯片C805lF020作为主控制芯片。这款单片机采用25MIPS8051CPU流水线指令结构，具备片内64KBFlash程序存储器、256KB+4KB片内RAM及两个外部RAM扩展接口、5个16位定时器和JTAG非侵入式在系统调试等特性。C8051F020作为一个片上系统，具有丰富而强大的外设，其AD转

3、换器具有12位，可以有效提高热电偶的输入采集精度。　　另外，采用Atmegal6相配合的目的是为了提高系统的采集速度，进而提高温度测量的灵敏度。通过CCl000完成短距离无线通信。FLASH芯片可对温度数据进行存储，以在无线通信故障时读取。C8051F020通过CP2102的转换后，可用USB端口与上位机通信。本系统的硬件结构框图如图1所示。　　　　1.1以C8051F020为中心的系统控制模块　　本模块包含C805lF020控制模块、FLASH存储模块、CP2102通信模块。当系统处于发送状态时，C805lF020用于对热电偶的输入模拟信号进行采集，并

4、将采集信号经12位AD转换器转换为数字信号，然后由C805lF020对数据进行查表，再将其转换为温度数据，对数据进行处理、打包。最后将数据写入FLASH芯片，并通过串口发送给Atmegal6。　　当系统处于等待状态时，它将与上位机通过IJSB接口进行通信。CP2102可完成串口与USB接口的转换。如果系统接到上位机的命令，要求读取数据，则C805lF020将从FLASH芯片将数据读出，然后通过串口发送出去，再经CP2102，由USB接口输入上位机。　　1.2以CCl000为中心的无线发射模块　　无线发射模块包括CCl000、Atmegal6和天线。其中C

5、Cl000是根据Chipcon公司的SmartRF技术，在0.35μmCMOS工艺下制造的一种理想超高频单片收发通信芯片。CCl000的工作频带在315、433、868及915MHz。而且很容易通过编程使其工作在300~1000MHz范围内。AVR单片机Atmegal6可用于完成对CCl000的初始化，以及和CCl000的通信，同时也和主控芯片C805lF020保持通信。当系统处于发送状态时，Atmegal6接收到C8051F020发来的数据包后，便通过CC1000向外发送。　　1.3以热电偶为中心的温度采集模块　　本模块包括电压式温度传感器TMP35和

6、K型热电偶。其中热电偶的工作原理是根据热端和冷端的温度差而产生电势差。由于实际测量时，冷端的温度往往不是O℃，所以要对热电偶进行温度补偿。热电偶温度补偿公式如下：　　E(t，0)=E(t，t0)+E(t0，0)　　其中，E(t0，0)是实际测量的电动势，t代表热端温度，t0代表冷端温度，0代表O℃。在现场温度测量中，由于热电偶冷端温度一般不为O℃，而是在一定范围内变化着，因此测得的热电势为E(t，t0)。如果要测得真实的被测温度所对应的热电势E(t，0)，就必须补偿冷端不是0℃所需的补偿电势E(t0，0)，而且，该补偿电势随冷端温度变化的特性必须与热电偶

7、的热电特性相一致，这样才能获得最佳补偿效果。　　图2所示是一个温度补偿电路的原理图。图中，温度传感器TMP35很好的完成了温度补偿工作，TMP35输出的电压先经电阻分压，再经放大器放大，就是K型热电偶对应的E(t0，O)。　　　　2系统软件设计　　发射板的软件设计主要包括以C8051F020的主控制模块程序和以Atmegal6为中心的无线发射模块程序。主控程序模块主要完成温度采集、数据处理、向无线发射模块发送数据以及测试温度数据的保存、和上位机的通讯等。无线发射程序模块主要负责对CC1000的初始化，在等待状态时接收C805lF020的数据包，并通过CC

8、1000发送。　　2.1主控制模块程序设计　　主控制模块程序主要完成的功能是对热