单片机在腐蚀性介质温度动态测量中的应用

2 动态测温装置硬件

电解质基于热电偶的动态测温装置以ATMEL公司的AT90S8515单片机为处理器，配备A/D转换接口、键盘、LCD显示器和RS-232C通信口。 8515内含8KB可在线下载的Flash、512BE2PROM和512BSRAM,不需外接存储器,其硬件结构框图如图2。为提高模数转换精度，采用 AD公司12位模数转换器AD7888对经过放大、调理之后的K型热电偶电压信号进行模数转换，AD7888具有8路模拟通道，125KSPS的采样速率，转换结果数据从可与SPI匹配的串行接口输出。8515的SPI口（PB4、PB5、PB6、PB7）与AD7888串行口采用同步通信方式通信，获取温度采样数据，按上述基于时间常数的动态测温算法进行处理，被采集通道的最终稳态温度值送LCD显示。

3提高测量精度的措施

①为使热电偶输出尽可能接近理想特性，应使热电偶充分冷却后再进行下一次测量，相邻两次间的测量周期至少需保证5min以上。由于热偶在低温段与指数规律相差较大，因此当温度低于200℃（满量程为1000℃），不进行计算和预报；理想的测量预报段在300℃至850℃之间。

②为消除噪声和模型误差给时间常数计算带来的影响，在对各点所求得的时间常数进行平滑滤波后，再按式（6）对由（2）式得到的温度进行平滑滤波，直至满足式（7）中设定的误差极限ε为止。
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次采样温度值，θ∝(N)是第N次滤波输出温度值，α是滤波加权系数,0＜α＜1。

③在高速采样情况下，从式(5)可知斜率的微小误差将引起时间常数较大的误差,因此实际测量时需要连续计算各点斜率比,并对其进行防脉冲干扰滑动滤波,以便得到一个稳定的斜率比。

4 软件编程

AVR单片机支持高级语言编程,为缩短开发时间,编程过程中采用了功能强、库函数丰富的CodeVision C编译器编制系统软件。系统软件由键盘处理、数据采集与处理计算、显示、通信等子程序组成。数据采集处理子程序流程如图3。