基于AT89S52单片机的热电偶无线测温装置设计

　　一、引言

　　在转管炮射击的过程中，瞬态热现象的变化十分剧烈。转管炮在射击过程中有高温、高压、高速的特点，射击时火药气体生成的热量约有10%~20%被身管吸收，其中绝大部分使身管温度升高，导致武器性能的下降，也是人们之所以关心转管炮身管内壁传热及瞬态温度的原因[1]。

　　转管炮自动机由于其转速快、温度高、并且不在一个稳定平台上工作，对控制精度的要求很高，所以必须提高控制系统的设计精度，才能提高整个系统的性能。表面温度测试仪用于转管炮炮壁表面温度的检测，该测量结果为分析转管炮工作情况提供依据，将热电偶温度传感器与表面温度测试仪安装于炮管表面，随炮管一起运动又不影响自动机运动[5]。鉴于转管炮发射的应用场合，设计出无线式的测温系统很有必要，此测试系统要满足可靠性、稳定性、实用性和可操作性的要求。

　　二、系统的总体设计

　　转管炮炮壁温度测试对系统的软、硬件性能要求高，所应用的测试系统应具有足够的采样频率、动态范围、传输速度和数据存储深度等，且转管炮温度测试的环境恶劣，干扰因素多，所以系统还要有足够的抗干扰能力。因此需要设计合理的方案实现测试系统的组建，保证测试系统的可靠工作。

　　本课题研究的无线式测温系统用来测试转管炮炮壁温度。由于转管炮工作时自动机高速旋转，传统的连线式的测温系统不再适用。根据测试系统提出的技术要求，将从小型化和便携性、低功耗及稳定性这三个方面考虑系统的设计，本测温系统的硬件结构如图1所示。

　　三、测温系统的硬件测温系统设计

　　整个硬件系统基于 NXP 公司的 AT89S52 兼容单片机为核心，最多可进行 7 路的温度采集。温度传感器选用 K 型热电偶，冷端补偿选用 LM358 进行补偿。感温元件热电偶检测温度后，将温度信号转变成电压信号，由于热电偶的输出电压非常小，因此必须经过放大后才能进行 A/D 转换。放大的电压信号经过 A/D 转换后变成数字信号，由单片机进行数据处理及进行相应的显示。

　　经过测量放大器放大后的电压信号范围为 0～5V，需进行 A/D 转换。PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS 数据获取器件，具有 4 个模拟输入、1 个模拟输出和 1 个串行 I2C 总线接口。PCF8591 的 3 个地址引脚 A0、A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同个 I2C 总线上接入8 个 PCF8591 器件，而无需额外的硬件。在 PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 I2C 总线以串行的方式进行传输。