1 引言
在各种旋转炉(如水泥旋转炉中)，由于不便布线，国内外现在常用的温度测量方法有以下二种：一种是利用旋转接头进行电器连接测量，它的原理是旋转炉每转动一圈，测温热电偶传感器通过旋转接头和外部测量仪表接入导通一次，完成一次进行温度测量;该方法主要缺点是有运动的接点连接，可靠性差，干扰大，需经常更换维修。第二种是通过非接触传感器测温(如红外、比色等)，但这种方法温度测量精度低，抗干扰能力差，特别是存在成本高的问题，应用受到限制。
本设计采用将温度测量装置安装在旋转炉上，通过无线发射方式向显示仪表传输数据，较好地解决了测量一次仪表的供电和无线传输的抗干扰问题，在克服了以上两种传统测量方法的不足方面有一定创新性，仪表装置成本低，使用方便可靠，在旋转炉等不便布线的特定应用场合具有明显的优点及良好的推广价值。
2 无线测温装置的硬件结构与功能
2 .1 一次测量仪表硬件设计
一次测量仪表硬件结构见图1 ，一次测量仪表电路由电源电路、CPU及外围电路、无线发射、热电偶测量及冷端补偿电路几部分组成，CPU选用低功耗51 系列芯片。其中由于旋转炉不方便布线，使用电池供电需经常更换电池，给使用带来不便，本系统采用市场上常见的手摇发电电筒进行改造，利用旋转炉的转动的动能转化为对可充电电池充电电能，以保证一次测量仪表的供电。同时由于充电器能量的限制，在20 秒测量发送一次温度数据的前提下，要求一次测量仪表工作时平均工作电流应小于5mA 。
仪表工作时单片机在睡眠省电方式和工作方式二种方式间交替运作，两种工作方式的时间比例可以通过仪表自带的DIP 拔码开关进行设置;在单片机进人睡眠方式前，通过场效应管构成的电子开关，关掉除CPU 外的所有外部电路的电源，以节约系统供电。在睡眠方式下，工作电流小于1 mA ，睡眠方式可通过单片机定时中断激活后进人工作方式，在工作方式中完成一次热电偶的测量并向二次仪表发送一次测量数据。发送间隔时间可通过DIP 开关调整，在发射数据的情况下，平均工作电流约为25mA ，测量及发射时间小于1 . 5 秒(发射时间约为0 . 5s ) ，传送间隔时间的长短影响平均电流的大小。4 位DIP ( 1 - 63 )可设置每次休眠时间的长短，电流关系如下：
I 平=(l 睡眠*T 睡眠十l 测*T 测)/T总间隔
理论上计算，若20 秒测量发送一次温度数据，I 平城( 18 . 5 * l + 1 . 5 * 25 ) / 20=2 . 8 mA ，若10 秒测量发送一次温度数据., 1 平≈5 . 6mA ，由于温度变化缓慢，可以满足实际的工程需要。
一次测量仪表软件初始化后，开启MOS 管构成的电源开关，热电偶信号经放大处理，送至7135 进行AD 转换。ICL7135 是积分4 位半的AD 器件，具有精度高、价格低、抗干扰能力强、速度适中的优点。
数据处理过程如下，首先CPU 提取7135 的A/D 转换值，并转换为mV 值，通过K 分度20 段折线线性化处理，得到当前时刻热电偶温度CT ( n ) ，最后通过CT=[CT ( n ) + CT ( n 一l ) ] /2进行一阶滤波得到CTO。同样通过读取一线制数字温度传感器DS1820的温度测量值，得到当前冷端现场温度为CL ( n ) ，一阶滤波得到CL=[CL ( n ) + CL ( n 一l ) ] /2，实际的一次测量仪表测量温度为Cn=CT 十CL ，最后通过Pt2262 芯片，送入315M 无线发射模块向二次测量仪表传送Cn值，关断CPU 外设电源开关，完成一次测量发送过程，进人休眠方式。设定休眠时间到后，又进行以上过程。
2 . 2 二次测量仪表硬件设计
二次测量仪表硬件结构见图2 ，电路由电源电路、CPU 及外围电路、无线接收、DIA 处理、按键及显示电路几部分组成。二次测量仪表的功能主要是完成接收一次仪表送来的温度信号，为提高抗干扰能力，数据通讯过程采用模64 进行纠错，并把正确接收的温度值通过数码管显示出来。同时二次测量仪表还可以完成温度上下限报警及4 一20mA 的温度变送输出，具体硬件结构包括四位数码管显示，四个设定按键，2272 及无线接收模块，电源电路以及保存设定参数的EEPROM 。通过设定按键可设定上限报警温度，下限报警温度，温度变送输出下量程SL 和温度变送输出上量程SH 。温度变送输出计算公式如下：
IO=(( Cx 一SL)/ ( SH 一SL ) * 16 + 4 ) mA
即当实际温度在SL-SH 范围之间变化时，对应线性输出电流4 一20mA ，以便记录仪等仪表使用。
2 . 3 一次二次仪表间的通信电路设计
一次二次仪表间通信采用一次仪表向二次仪表发数的单工通信方式，下面介绍一下无线收发编解码芯片组2262 / 2272 在本设计中的应用，PT2262/2272 是台湾普城公司生产的低功耗通用编解码芯片，和315MHz无线发射接收模块配合，构成本系统的无线收发电路。它具有低功耗且工作电压范围宽( 2 . 6V~15 V )的特点，二者都是18 引脚器件，主要有地址编码、收发控制以及数据的输人输出引脚。PT2262 / 2 272 可任意组合地址码，在本系统中只要地址码一致即可。如果同一现场应用多台本设备时，为避免互相干扰，应注意各自地址的不同编码，组成无线网络。
编码芯片PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。14 号脚(TE)是编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效，由单片机P1.0控制。17 号脚( DOUT )编码输出端，输出串行数据信号，单片机送到2262 的四位数据通过该引脚串行送到无线发射模块。当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于冈，262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控(ASK 调制)，相当于调制度为100%的调幅。当14 号脚编码启动端为高电平时，停止发射，PT2262 不接通电源，其17 脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作。
PT2272 和3 15M 无线接收模块构成数据接收电路，PT2272 的14 号引脚(DIN )是串行信号输人端，接收来自无线接收模块输出端的信号。17 号引脚(VT )是解码有效确认输出端，平时为低，解码有效变成高电平。解码芯片PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对正确后，VT 脚输出高电平，与此同时相应的四位数据脚也输出有效接受数据。
因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受干扰，往往会产生误码，虽然P T2622/2272 芯片组本身具有纠错功能，但为了系统的高可靠性，所以程序设计时每次均发射三次，并通过接收时的判别进行纠错，只有二次仪表收到的二组相同的数据，模64 纠错正确时才认为通信成功，并更新温度数据。
3 软件的设计说明
系统的软件框图如图3 所示，软件设计的重点是一次仪表的电源管理、一二次仪表间通讯的可靠性以及温度值的可靠测量，下面分别对一二次仪表的单片机软件设计进行说明。
3 . 1 一次仪表的程序设计
一次仪表主程序在初始化后，打开外部电路电源，进入一次数据测量处理过程，并把温度数据传送到二次仪表。然后通过MOS 管电子开关关断外部电路电源，然后进人T =N * 20ms 时间长度的CPU 睡眠方式的状态。由于单片机被设置为20ms 定时，并打开了定时中断，CPU 经设置进人睡眠方式后，睡眠方式可由定时中断唤醒，中断唤醒一次，主程序中定时中断次数加I ，并重新进人睡眠方式;以后重复进行N 次上述过程(N 为通过DIP 开关设置值计算得到的延时次数)，当定时中断次数到达设置值后(例如框图中设置值N=50 ) ，程序跳转到主程序起始位置，打开CPU 外部电路电源，重新进人温度测量及发送过程，然后再让CPU 进人定时睡眠方式，如此反复。
一二次仪表间的通讯采用模64 进行纠错编码，并要求一次仪表连续二次向二次仪表间传送温度测量值，只有模64 纠错编码正确，且二次温度值相同时，才认为通讯成功。这样虽然浪费了一次通讯时问，但极大地提高了通讯的可靠性，因为工业现场电磁干扰严重。2262/2272 编码通讯是半个字节方式进行的，数据包包括包头E , 8 个BCD 码温度值及校验码，通讯数据包格式如下：
E个十百 千个十百千校验
报头模64 校验要求12 个半字节相加，相加结果值低5 位为零;同时第l 并半字节和第5 一8 半字节中的二个BCD 码相同，校验正确才认为通信成功。
3 . 2 二次仪表的程序设计
二次仪表的主程序包括对中断程序接收的温度数据进行处理，并进行上下限比较判别，当温度值在设定范围之外时，分别发出上下限报警指示。然后对收到的温度值转化为4 一20mA 的模拟标准变送输出，并更新数码管显示。二次仪表的软件主要通过中断(2272 收到数据时)程序，接收一次仪表传送的数据，并进行纠错处理，二次仪表中断服务程序是在2272 收到数据后，进入中断服务程序的，在中断服务程序中通过查询INT1 引脚电平，依次接收数据包，每次间隔时间超过50ms无后续数据时，自动退出中断.并认为本次接收失败，以避免死机;数据接收正确时，更新温度测量值，并更新变送输出.中断返回。
4实验分析
表1为本测温系统的精度调校表.调试时设备安装在水泥旋转炉，输入信号采用标准电位差计模拟K分度热电偶，环境温度为22度。测温量程为(0—1000)%，因为输入用标准电位差计模拟，所以实际显示温度应为输入信号对应的温度和冷端补偿温度之和，经测试，仪表精度高，绝对误差≤3℃，相对误差≤0.3%)，满足工业现场千分之五的精度要求。
5 结论
本文作者的创新点在于较好地解决了不便布线场合的温度测量问题。可以推广应用到各种不便布线(如旋转炉)活动被测对象的温度测量.或者已投产设备的技术改造中。设计充分考虑了系统的可靠性及使用的方便性，并具有成本低的优点。
本设备在某水泥厂旋转炉K分度热电偶温度测量中得到应用.效果良好。本设计主要应用限制在于一二次仪表间的电磁屏蔽，同时一二次仪表间距离不宜过远，本产品作为自动仪表中的一种补充品种，具有比较广的应用价值。
参考文献
[ 1]王福瑞.单片微机测控系统设计大全【M】，北航出版社，2001.
[ 2 ]祖长.无线传感器网络综述【J】.通讯学报，2004，25(4)：l 14—124
[ 3 ]安颖，张丽慧.PT2262遥控编码功能的软件实现微计算机信息【J】.2005，(5)：178—180 .
作者简介：杨明欣(1963-),男，硕士，副教授，主要从事自动化测控与仪表、单片机及嵌入式技术与应用、计算机控制方向研究工作。
