基于S3C2410的恒温式自动量热仪设计

　　0 引言

　　量热仪是能测定固、液态物质，如煤炭、火药、粘度油、食品、饲料等可燃物质热值的仪器。传统的量热仪受客观因素影响较大，本文设计自动量热仪可减少客观因素的影响，实现数据的实时传输与实时处理，并使量热仪具有网络通信功能，能够实现数据的网络传输，并实现对量热仪的远程控制。

　　近年来随着嵌入式技术的不断成熟，其成本也不断下降，本身所具有的规模可变、扩展灵活、有较高的实时性和稳定性、系统内核小的优点逐渐凸现出来。

　　1 基本原理

　　恒温式量热仪通过氧弹法测量热值。通过放在氧弹中的物质燃烧并使燃烧放出的热量通过弹筒传递给水及仪器系统，再根据水温的变化计算出物质的发热量。其测量的基本框图如图1所示。根据氧弹法测量的基本原理，发热量计算公式如下：

　　式中：E为热容量，单位：J/K;q1为点火热，单位：J;q2为添加物如包纸等产生的总热量，单位：J;m为试样质量，单位：g;Tc为主期结束时温度，单位：℃;Tb为主期开始时温度，单位：℃，C为冷却校正值，单位：℃。

　　由上式可知，只要测量出水的温度以及相关参数，就可以计算出煤样的发热量。

　　2 系统设计

　　2.1 硬件设计

　　S3C2410与量热仪各个部分的连接框图如图2所示，在硬件连接之后，需要对各个部分与S3C2410的端口进行软件驱动。

　　2.1.1 ARM板选择

　　本次设计选择市场上使用较多，同时在结构和资源上较为典型的S3C2410处理器，主要是基于以下原因：

　　(1)性价比高，使用的最广泛。作为一款经典的ARM9系列处理器，S3C2410的资料最完整，各种驱动程序的开发包最多，利于开发者开发。

　　(2)采用核心板和底板分离的设计思想，用户可以方便地使用Core-Board进行二次开发。

　　2.1.2 传感器的选择

　　现在的量热仪大多采用铂电阻作为测温元件;它虽然具有精度高等优点，但铂电阻在O～800℃范围内、无校正的情况下，最大非线性误差可达2%，而且它们属于模拟式传感器，输出信号需要进行模/数转换，这不仅使电路复杂，成本增加，而且增大了误差。改进的方式是用石英晶体来代替铂电阻作为测温元件。根据不同频率和切型，石英晶体温度传感器的温度灵敏度可以在20～2 850 Hz/℃范围内变动，使温度分辨率达0.000 1℃，而且温漂、时漂极小。

　　石英晶体温度传感器HTS-206就是其中的一种，它由日本EPSON公司生产，其振荡频率在40 kHz附近，工作温度范围为-55～+125℃，其测量精度利用多点差值法校正后可达O.05℃石英晶体谐振器HTS-206的调理电路包括振荡电路、分频器、计数器三个主要部分构成，其调理电路如图3所示。