溫度作為一項(xiàng)熱工參數(shù)，在工業(yè)現(xiàn)場和過程控制中具有至關(guān)重要的作用。因而，各種以熱電偶、鉑電阻作為傳感器的溫度變送器和數(shù)字溫度計普遍使用。在這些情況下，多采用有線連接方式采集溫度信號及傳輸數(shù)據(jù)，這雖然滿足了測溫目的，但存在電纜布線引起的一些問題。為滿足某些測溫場合的無線傳輸溫度參數(shù)要求，遠(yuǎn)程控制測溫過程，滿足測溫過程溫度信號處理易實(shí)現(xiàn)的要求，研制了可無線傳輸、可視化編程的高精度測溫系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用無線通訊、溫度信號調(diào)理和單片計算機(jī)電路構(gòu)成無線傳輸?shù)母呔葦?shù)字溫度計。采用了單片無線收發(fā)芯片nRF401，發(fā)射功率為10dBm，傳輸距離室內(nèi)可達(dá)20m，室外100m。還可根據(jù)不同需要安裝外接天線，達(dá)到更遠(yuǎn)的距離。采用可視化編程技術(shù)構(gòu)成溫度數(shù)據(jù)接收、處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制測溫。 測溫系統(tǒng)從功能可分為三大部分，一部分由溫度傳感器鉑電阻、溫度信號調(diào)理電路及中控制單元組成的溫度參數(shù)采集和處理電路。鉑電阻感受溫度信號，送交溫度信號調(diào)理電路處理。在控制單元的控制下，溫度信號調(diào)理電路將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，經(jīng)過線性修正，的測量值并顯示給測量者。二部分，單片無線收/發(fā)模塊和控制單元組成的無線傳輸部分。主要完成溫度數(shù)據(jù)和測量命令的無線傳送和接收。無線收/發(fā)模塊采用瑞典nordic公司生產(chǎn)的ISM頻段的單片無線收/發(fā)模塊nRF401。控制單元控制nRF401功能引腳完成無線傳輸。使用C語言編制的通信協(xié)議，完成錯誤檢驗(yàn)、錯誤糾正和自動請求重傳功能，達(dá)到可靠通信。第三部分是可視化編程實(shí)現(xiàn)的上位機(jī)遠(yuǎn)程控制部分。此項(xiàng)功能是可選的，控制按鍵中有一遠(yuǎn)程控制功能，如果控制單元檢測到此鍵按下，其他功能鍵失效，控制功能全部交由上位機(jī)完成。上位機(jī)和控制單元通過RS-232口傳遞數(shù)據(jù)和控制命令，測溫過程控制和數(shù)據(jù)處理更加方便。 溫度信號調(diào)理電路采用CS5532芯片，調(diào)理電橋輸出信號，對其實(shí)現(xiàn)24bit的A/D轉(zhuǎn)換。CS5532采用∑-△過采樣技術(shù)，具有轉(zhuǎn)換位數(shù)高(24bit)，支持SPI接口協(xié)議，便于與MCS51單片計算機(jī)連接的特點(diǎn)。CS5532的1腳和2腳連接的是溫度參數(shù)的模擬輸入端，PT100感受溫度變化，電橋輸出電壓發(fā)生變化。這個電壓直接連接到CS5532的1腳和2腳，在微控制器控制下測量出電壓值，再依據(jù)擬合曲線求出阻值，準(zhǔn)確計算溫度值。橋臂中的電阻，根據(jù)PT100的電流不能超過1mA，計算出其值是1.5k，全部選用高精度電阻，溫漂系數(shù)滿足要求。MAX6138基準(zhǔn)電源，輸出值是1.205V。3腳和4腳之間連接一個22nF的電容。5腳和6腳分別連接模擬電源的正極(+2.5V)和負(fù)極(-2.5V)，為了保證穩(wěn)定，使用穩(wěn)壓管LM385。AD7660將+5V電壓轉(zhuǎn)換為-5V電壓，為ADC提供負(fù)基準(zhǔn)電源。9腳和10腳之間連接的是ADC晶振，4.9152MHz。11腳、12腳和13腳三個引腳被稱為SPI(串行協(xié)議接口)，是串行通信協(xié)議，方便與微控器通信。11腳通過隔離器連接到微控制器的21腳做為串行通信的時鐘；12腳通過隔離器連接到微控制器的23腳做為串行通信的數(shù)據(jù)輸出端；13腳通過隔離器連接到微控制器的22腳做為串行通信的數(shù)據(jù)輸入端。隔離器的使用減少了干擾，通信更加穩(wěn)定，提高了通信效率。14腳芯片選擇端接地，芯片始終被選中。15腳接+5V電源。16腳、17腳、19腳、20腳接地。18腳基準(zhǔn)輸出端，接2.5V基準(zhǔn)電壓。 無線傳輸高精度測溫系統(tǒng)采用nRF401單片無線收/發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)無線傳輸溫度數(shù)據(jù)和測量命令。nRF401是一個專用工業(yè)頻段(433MHz)無線收發(fā)芯片。它采用FSK(移頻鍵控)調(diào)制解調(diào)技術(shù)，具有無需曼徹斯特編碼、誤碼率低、便于與單片計算機(jī)連接等特點(diǎn)。傳輸速率可達(dá)20KHz，滿足靜態(tài)溫度測量要求。為了可靠通信，編程時可設(shè)計通信協(xié)議并考慮數(shù)據(jù)的糾檢錯。檢錯可采用效驗(yàn)和方式或更好的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))校驗(yàn)方式。使用單片計算機(jī)的I/O口，分別對nRF401的發(fā)送/接收模式、上電/待機(jī)模式和通道選擇模式進(jìn)行設(shè)置和程序控制，即可實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的無線發(fā)送/接收傳輸。 無線傳輸高精度測溫系統(tǒng)的第三部分，可視化編程實(shí)現(xiàn)的上能機(jī)遠(yuǎn)程控制部分。上位機(jī)程序主要由可視化編程軟件TESTPOINT編寫，可以遠(yuǎn)程完成對溫度參數(shù)的測量、保存、打印和歷史記錄的查詢。 TESTPOINT是美國CapitalEquipmentCorporation公司生產(chǎn)的一種基于GUI(圖形用戶界面)的可視化編程軟件。TESTPOINT的特點(diǎn)是能夠很方便實(shí)現(xiàn)各種通信，加上其功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計算能力，非常適用于各種測量和圖形處理軟件的編寫。通過拖拉TESTPOINT控件和對各種功能的重新組合很方便實(shí)現(xiàn)所需要功能，大大縮短了軟件開發(fā)周期。 可視化編程遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要具有以下幾項(xiàng)功能： (1)遠(yuǎn)程測量；(2)數(shù)據(jù)顯示；(3)數(shù)據(jù)記錄；(4)數(shù)據(jù)保存；(5)數(shù)據(jù)打印；(6)歷史記錄查詢。 數(shù)據(jù)通過CODE控件可很方便的與外部程序接口，以便進(jìn)行保存和處理等操作。使用遠(yuǎn)程控制程序，可以使測量過程更加直觀，便于數(shù)據(jù)測量、保存、查詢等。 我們研制的無線傳輸高精度測溫系統(tǒng)由于采用了高精度溫度信號調(diào)理電路，因此其測量精度主要取決于不同現(xiàn)場測溫要求所選用的熱電阻。我們鉑電阻PT100在實(shí)驗(yàn)室條件下對測溫系統(tǒng)進(jìn)行多次無線傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)檢定。測試是在兩個實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的，一個放發(fā)送端，一個放接收端，數(shù)掘傳輸需要穿過一面墻。從-50℃～+400℃每隔50℃作為一個測試點(diǎn)。用普通直流穩(wěn)壓電源再經(jīng)過二次穩(wěn)壓，其它電路的電源也都經(jīng)過二次穩(wěn)壓，電壓表用直流數(shù)字電壓表。測試時用可變電阻箱代替鉑電阻進(jìn)行測試，對應(yīng)的電阻值是從某儀表廠生產(chǎn)的分度號為PT100、比位(R100/R0)為1.3851的鉑電阻手冊查得的。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出誤差在千分之一到千分之五范圍以內(nèi)。無論是用上位機(jī)控制傳輸數(shù)據(jù)還是直接采用按鈕控制傳輸數(shù)據(jù)，一秒鐘之內(nèi)可以傳輸一個數(shù)據(jù)。 通過上述分析可見本文描述的測溫系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無線傳輸溫度和可視化編程處理測溫過程的功能，具有實(shí)用價值。測溫系統(tǒng)采用的溫度信號調(diào)理電路具有精度高(可以達(dá)到千分之一到千分之五之內(nèi))、電路簡單易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，適于作為數(shù)字溫度計的信號處理電路。溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸與可視化編程技術(shù)相結(jié)合，為現(xiàn)場測溫提供了一種更易于觀測處理的方案。無線測溫設(shè)備傳輸距離在室內(nèi)可達(dá)到20米，可以穿過一面墻；室外可達(dá)到100米。