1 引言

在土木工程中，許多大型的橋梁和大壩都是采用現(xiàn)場(chǎng)澆注的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在此類工程中混凝土澆注以后，由于水泥的水化熱作用，混凝土內(nèi)溫度將逐漸上升，混凝土厚度的差異導(dǎo)致不同的溫升，形成溫度梯度并產(chǎn)生溫度應(yīng)力。與外力作用于結(jié)構(gòu)時(shí)引起的應(yīng)力不同，混凝土的溫度應(yīng)力是由變形引起的;混凝土的導(dǎo)熱性能較差，澆注初期其強(qiáng)度和彈性模量都較低，溫度變化引起的變形不明顯。隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的強(qiáng)度和彈性模量提高，對(duì)混凝土變形的約束越來(lái)越大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)溫度裂紋。這將嚴(yán)重影響土木工程的質(zhì)量，所以很有必要對(duì)混凝土澆注后的一段時(shí)期內(nèi)的溫度參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可為其合理的澆注和養(yǎng)護(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)。采用凌陽(yáng)科技公司的高性能SPCE061A型單片機(jī)、美國(guó)DALLAS公司的DSl8B20型傳感器、SPRl024型大容量存儲(chǔ)器、1602型液晶顯示構(gòu)成一種適用于土木工程溫度的智能化監(jiān)測(cè)裝置。

2 SPCE061A的特性

2.1 SPCE061A簡(jiǎn)介

SPCE061A是凌陽(yáng)科技公司生產(chǎn)的一款性價(jià)比很高的16位單片機(jī)，該單片機(jī)具有8路10位ADC，2路10位DAC，只需外接功率放大器（SPY0030A）即可完成語(yǔ)音的播放。另外，凌陽(yáng)16位單片機(jī)易學(xué)易用，具有一套高效率的指令系統(tǒng)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用，為軟件開(kāi)發(fā)提供了方便的條件。

SPCE061A內(nèi)部還集成了1個(gè)ICE（在線仿真電路）接口，對(duì)其進(jìn)行編程、仿真非常方便，而且ICE接口不占用芯片上的硬件資源，結(jié)合凌陽(yáng)科技公司提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（μ inSPIDE），可以利用它對(duì)SPCE06lA進(jìn)行真實(shí)的仿真;而程序的下載（燒寫(xiě)）也是通過(guò)該接口進(jìn)行的。圖1示出SPCE061A型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

2.2 SPCE061A的特性

16位μ inSP微處理器;

工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.0 V～3.6V（CPU），I/O口的工作電壓VDDH為VDD“5.5 V（I/0）;

CPU時(shí)鐘：0.32 MHz”49.152 MHz;

內(nèi)置2K字SRAM;

內(nèi)置32K閃存ROM;

可編程音頻處理;

晶體振蕩器;

系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)），耗電量小于2 μ[email protected] V;

2個(gè)16位可縮程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）;

2個(gè)lO位DAC（數(shù)/模轉(zhuǎn)換）輸出通道;

32位通用可編程輸入/輸出端口;

14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A/B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒;

具備觸鍵喚醒的功能;

使用凌陽(yáng)公司的音頻編碼SACMl_S240方式（2.4 kbit/s），能容納210 s的語(yǔ)音數(shù)據(jù)

鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào);

32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘;

7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器;

聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制（AGC）功能;

具備串行設(shè)備接口;

低電壓復(fù)位（LVR）和低電壓監(jiān)測(cè)（LVD）功能;

內(nèi)置在線仿真（ICE，In-Circuit Emulator）接口。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是由一個(gè)SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板（61板）、DSl8B20型l-Wire數(shù)字溫度傳感器、SPRl024型128 Kx8 bit Flash、1602型液晶顯示器和外擴(kuò)UART串口電平轉(zhuǎn)換電路組成，可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量、顯示、存儲(chǔ)與PC通信等功能。此系統(tǒng)以SPCE061A為核心，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，SPCE06lA與其他器件的連接如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

4.1 主程序的設(shè)計(jì)

主程序流程如圖4所示。主函數(shù)比較簡(jiǎn)單，在程序開(kāi)始后將系統(tǒng)時(shí)鐘調(diào)到24.576 MHz，程序中控制1602型液晶顯示器與DSl8B20需要嚴(yán)格的讀寫(xiě)控制時(shí)序，其中軟件延時(shí)就是按照這個(gè)時(shí)鐘計(jì)算的。然后初始化I/O端口，打開(kāi)2 Hz中斷，為定時(shí)lOmin做準(zhǔn)備。調(diào)用開(kāi)機(jī)顯示界面，在液晶1602上顯示所需字樣，持續(xù)一段時(shí)間，重新初始化1602，初始化SIO和UART，為使用SIO和UART做準(zhǔn)備。然后進(jìn)入循環(huán)，調(diào)用測(cè)溫函數(shù)測(cè)溫，調(diào)用顯示函數(shù)顯示，調(diào)用發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷是否為設(shè)定的時(shí)間（10 min），如果是，調(diào)用存儲(chǔ)函數(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù);如果不是，直接執(zhí)行下一步清看門狗操作，然后繼續(xù)循環(huán)。

4.2 子程序的設(shè)計(jì)

4.2.1 溫子程序

測(cè)溫時(shí)首先設(shè)置DSl8B20的DQ為高電平，然后初始化DSl8B20，DSl8B20接收單片機(jī)的命令，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這里跳過(guò)ROM命令設(shè)置匹配過(guò)程，然后再次初始化DSl8B20，啟動(dòng)測(cè)溫，然后保存溫度并返回。DSl8B20的驅(qū)動(dòng)程序可以參考DSl8B20的讀寫(xiě)時(shí)序圖進(jìn)行編程。測(cè)溫子程序如圖5所示。

4.2.2 顯示子程序

測(cè)得溫度后，將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的溫度表示，再通過(guò)查表（在C語(yǔ)言中是一個(gè)數(shù)組，參考Display函數(shù)中的Data［101］數(shù)組）調(diào)用1602顯示在液晶上，數(shù)據(jù)處理類似于由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再由十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為ASCⅡ碼，讀者可以參考相關(guān)的說(shuō)明。

4.2.3 存儲(chǔ)子程序

調(diào)用SPR1024的用戶函數(shù)，完成存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)沒(méi)有經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，只是將溫度數(shù)據(jù)分為高低字節(jié)分兩次存儲(chǔ)。

4.2.4 UART通信子程序

通信子程序采用查詢的方法，數(shù)據(jù)格式為先發(fā)數(shù)據(jù)oxAA，然后是溫度數(shù)據(jù)的高字節(jié)和溫度數(shù)據(jù)的低字節(jié)，最后是0x55結(jié)束。

4.2.5 中斷的處理

在程序中打開(kāi)2 Hz的中斷作為計(jì)時(shí)使用，設(shè)置全局變量g_Minl0為計(jì)數(shù)器，每進(jìn)入中斷1次計(jì)數(shù)器加1。在主函數(shù)中判斷是否到達(dá)預(yù)定值（10 min），如果達(dá)到，計(jì)數(shù)器清0，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

該智能化溫度監(jiān)測(cè)儀將單片機(jī)和大規(guī)模集成電路技術(shù)應(yīng)用于土木工程測(cè)試中。在混凝土水化熱溫度監(jiān)測(cè)、鋼結(jié)構(gòu)表面溫度監(jiān)測(cè)、大型機(jī)械設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)以及糧食、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)中取得成功的應(yīng)用。它的成本低，布線簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，可以覆蓋幾乎所有的中低溫測(cè)量場(chǎng)合。

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