大體積混凝土無線溫度監測系統

摘要：針對混凝土施工過程中溫度檢測的需要，設計一種無線溫度監測系統。該系統基于STC89C52微控制器，采用K型熱電偶配接熱電偶轉換器采集溫度，并以nRF905實現溫度數據無線收發。系統在混凝土澆筑過程中定時自動多點溫度采集，溫度數據無線傳輸，自動記錄測量點溫度及測量時間。
關鍵詞：混凝土溫度；單片機；無線通信

引言
施工混凝土內部熱量較難散發，外部表面熱量散發較快，內部和外部熱脹冷縮過程相應會在混凝土表面產生拉應力。溫差大到一定程度，混凝土表面拉應力超過當時的混凝土極限抗拉強度時，在混凝土表面會產生有害裂縫，有時甚至貫穿裂縫。另外，混凝土硬化后隨溫度降低產生收縮。由于受到地基約束，會產生很大外約束力，當超過當時的混凝土極限抗拉強度時，也會產生裂縫。為了了解基礎大體積混凝土內部由于水化熱引起的溫度升降規律，掌握基礎混凝土中心與表面、表面與大氣溫度間的溫度變化情況，需對混凝土澆筑過程中溫度變化實施實時監測。傳統監測方法要配專職測溫人員，使用電子測溫儀按時按孔測溫，并記錄測溫數據及時間。本設計為一種無線溫度監測系統，能定時、自動對溫度數據進行采集，無線傳送至監控中心并作記錄。

1 硬件設計
1．1 工作原理
本系統由溫度采集節點和中心控制節點構成。各節點以單片機STC89C52為控制元件。溫度采集節點由K偶溫度采集器、時鐘電路、數字顯示、無線發射電路等部分組成；中心控制節點由無線數據收發電路、RS232接口電路組成。溫度采集節點利用熱電偶測得混泥土測點實際溫度并轉換成毫伏級電壓信號。該電壓信號經過溫度檢測電路轉換成與溫度相對應的數字信號送入單片機。單片機進行數據處理后，通過4位LED顯示溫度值，同時將溫度與時鐘數據無線發射。中心控制節點無線接收溫度數據，并控制溫度采集節點完成數據發送。
無線溫度監控系統框圖如圖1所示。

1．2 溫度檢測電路
本系統采用的K型(鎳鉻-鎳硅)熱電偶，可測量1312℃以內的溫度，其線性度較好，而且價格便宜。K型熱電偶的輸出是毫伏級電壓信號，最終要將其轉換成數字信號與CPU通信。傳統的溫度檢測電路采用“傳感器-濾波器-放大器-冷端補償-線性化處理-A／D轉換”模式，轉換環節多、電路復雜、精度低。在本系統中，采用的是高精度的集成芯片MAX6675來完成“熱電偶電勢-溫度”的轉換，不需外圍電路、I／O接線簡單、精度高、成本低。