大体积混凝土无线温度监测系统

摘要：针对混凝土施工过程中温度检测的需要，设计一种无线温度监测系统。该系统基于STC89C52微控制器，采用K型热电偶配接热电偶转换器采集温度，并以nRF905实现温度数据无线收发。系统在混凝土浇筑过程中定时自动多点温度采集，温度数据无线传输，自动记录测量点温度及测量时间。
关键词：混凝土温度；单片机；无线通信

引言
施工混凝土内部热量较难散发，外部表面热量散发较快，内部和外部热胀冷缩过程相应会在混凝土表面产生拉应力。温差大到一定程度，混凝土表面拉应力超过当时的混凝土极限抗拉强度时，在混凝土表面会产生有害裂缝，有时甚至贯穿裂缝。另外，混凝土硬化后随温度降低产生收缩。由于受到地基约束，会产生很大外约束力，当超过当时的混凝土极限抗拉强度时，也会产生裂缝。为了了解基础大体积混凝土内部由于水化热引起的温度升降规律，掌握基础混凝土中心与表面、表面与大气温度间的温度变化情况，需对混凝土浇筑过程中温度变化实施实时监测。传统监测方法要配专职测温人员，使用电子测温仪按时按孔测温，并记录测温数据及时间。本设计为一种无线温度监测系统，能定时、自动对温度数据进行采集，无线传送至监控中心并作记录。

1 硬件设计
1．1 工作原理
本系统由温度采集节点和中心控制节点构成。各节点以单片机STC89C52为控制元件。温度采集节点由K偶温度采集器、时钟电路、数字显示、无线发射电路等部分组成；中心控制节点由无线数据收发电路、RS232接口电路组成。温度采集节点利用热电偶测得混泥土测点实际温度并转换成毫伏级电压信号。该电压信号经过温度检测电路转换成与温度相对应的数字信号送入单片机。单片机进行数据处理后，通过4位LED显示温度值，同时将温度与时钟数据无线发射。中心控制节点无线接收温度数据，并控制温度采集节点完成数据发送。
无线温度监控系统框图如图1所示。

1．2 温度检测电路
本系统采用的K型(镍铬-镍硅)热电偶，可测量1312℃以内的温度，其线性度较好，而且价格便宜。K型热电偶的输出是毫伏级电压信号，最终要将其转换成数字信号与CPU通信。传统的温度检测电路采用“传感器-滤波器-放大器-冷端补偿-线性化处理-A／D转换”模式，转换环节多、电路复杂、精度低。在本系统中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675来完成“热电偶电势-温度”的转换，不需外围电路、I／O接线简单、精度高、成本低。