摘要：本項(xiàng)目應(yīng)用于第六屆亞洲冬季運(yùn)動(dòng)會(huì)的主體育場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)冰場(chǎng)跑道溫度的監(jiān)控。根據(jù)工程的實(shí)際需要，結(jié)合AD590傳感器的特點(diǎn)，對(duì)原有項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn)，以滿足新的系統(tǒng)要求。

關(guān)鍵詞：冰溫采集；AD590；誤差補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TP368文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)28-0238-01

Monitoring by Multistation and Grafting Datum about Ice Temperature in Ice Plant

WANG Zhi-bo， BI Yan-ru

(Computer Science and Engineering Department，Huaian College of Information Technology， Huaian 223003，China)

Abstract: The project is applied in chief stadium in The 6th Asian Winter Game in Chanchun，monitor temperature of the ice runway indoor. actual need，unifies the AD590 sensorcharacteristics，this article has made the system improvement to meet new system requirements.

Key words: ice'temperature gathering; AD590; error compensation

1 引言

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，在對(duì)環(huán)境要求高的場(chǎng)合，需要對(duì)傳統(tǒng)的溫度控制方法進(jìn)行改進(jìn)，以滿足更高精度和靈敏度等新的要求。本文就體育場(chǎng)溫控系統(tǒng)中AD590的實(shí)際應(yīng)用，提出了在溫度精度等各項(xiàng)要求條件下的系統(tǒng)改進(jìn)解決方案。

2 系統(tǒng)改進(jìn)要求

本系統(tǒng)是應(yīng)長(zhǎng)春五環(huán)體育館的要求，為了07年亞冬會(huì)的順利進(jìn)行，對(duì)原有項(xiàng)目進(jìn)行的技術(shù)改進(jìn)。

該體育場(chǎng)館的冰場(chǎng)面積60m×30m=1800m2，冰厚10cm～20cm，冰體積180m3～360m3。冰面溫度－6℃左右，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)改進(jìn)冷卻系統(tǒng)。這個(gè)一個(gè)大慣性閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)給定溫度下的最佳控制。系統(tǒng)的輸入量是冰溫，因而對(duì)冰溫測(cè)量是否準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)將影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，以及整個(gè)冰面的平滑度，進(jìn)而影響到亞冬會(huì)的部分比賽。

改進(jìn)溫度以及精度要求如下：

①短道速滑要求溫度是－8℃，±0.5℃；

②花樣滑冰要求溫度是－6℃，±0.5℃；

③冰壺要求溫度是－4℃，± 0.1℃。

3 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

4 AD590測(cè)試精度與誤差分析和修正

1) AD590傳感器

AD590是單片集成溫度傳感器，是電流型集成溫度傳感器的代表產(chǎn)品，除具有一般集成溫度傳感器的共同特點(diǎn):靈敏度高、準(zhǔn)確度高、體積小、電路接口方便、價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[2]外，還具有自身所特有的一些性能特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:測(cè)量范圍寬，為-55℃~150℃;工作電壓在4V~30V時(shí)都能獲得穩(wěn)定的輸出信號(hào)，其線性電流輸出為1μAK; AD590以熱力學(xué)溫標(biāo)零點(diǎn)作為零輸出點(diǎn)，在25℃時(shí)的輸出電流為298.2μA;因?yàn)閷?duì)芯片進(jìn)行了激光微調(diào)修正， AD590具有良好的互換性，且校準(zhǔn)準(zhǔn)確度可達(dá) ±0.5℃[3];使用時(shí)接口簡(jiǎn)單;輸出阻抗高達(dá)10MΩ以上，因此抗干擾能力很強(qiáng)，特別適用于遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)距離控制。除了干擾之外，基本能夠滿足本系統(tǒng)要求中的第一、二條。對(duì)于冰壺的溫度要求不能滿足，必須進(jìn)行必要的誤差修正補(bǔ)償。

2) 硬件誤差修正

在實(shí)際控制系統(tǒng)中，溫度的變化與控制都不是從0℃開始，而是在要求控制的溫度范圍附近變化。為了進(jìn)一步提高A/D轉(zhuǎn)換精度，在放大器與被放大信號(hào)之間加一電平平移電路，將放大器輸出電平平移一個(gè)數(shù)值，使其零輸出與起始控制值相對(duì)應(yīng)，即溫度低于該數(shù)值時(shí)，它輸出零電平。這樣轉(zhuǎn)換精度可以提高很多。例如：在本系統(tǒng)中，未進(jìn)行調(diào)整之前是-55℃~155℃，調(diào)整之后的控制范圍為-10℃~10℃，溫差從210降低到了20，從而提高了轉(zhuǎn)換精度。

由于9個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度傳感器都放置于大面積的冰體當(dāng)中，所以熱點(diǎn)偶的輸出電動(dòng)勢(shì)僅與工作端溫度即冰溫有關(guān)，只需在內(nèi)部模塊中增加冷端補(bǔ)償電路以及運(yùn)算放大器以實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償。

3) 軟件修正補(bǔ)償

誤差修正補(bǔ)償既可以采用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，也可以采用計(jì)算機(jī)通過軟件來實(shí)現(xiàn)。由于本系統(tǒng)精度要求嚴(yán)格，控制室距離溫度檢測(cè)點(diǎn)距離遠(yuǎn)，并且控制室環(huán)境差，噪音大等特點(diǎn)。又進(jìn)行了必要的軟件修正。

首先，對(duì)得到的數(shù)字進(jìn)行了必要的限幅和濾波處理[1]?，F(xiàn)改進(jìn)為用數(shù)字濾波器快速數(shù)字濾波，現(xiàn)不在此詳述。

其次，用軟件進(jìn)行精度調(diào)整：

由于AD590是一種由所在環(huán)境溫度決定的恒流輸出器件，當(dāng)?shù)玫紸/D轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量DT時(shí)，溫度T與DT的關(guān)系式則為：

T = CA(DT-D0) (1)

公式(1)中T為實(shí)測(cè)的環(huán)境溫度值，DT為環(huán)境溫度為T時(shí)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓值，D0為環(huán)境溫度為0℃時(shí)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓值，CA為環(huán)境溫度與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)。CA、D0作為參數(shù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的相應(yīng)程序中。根據(jù)CA、D0兩個(gè)參數(shù)的值，由上述公式即可計(jì)算出環(huán)境溫度值。

由上述修正方法可以看出，參數(shù)CA、D0是影響溫度測(cè)量精度的主要因素，本系統(tǒng)采用更高精度標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)溫儀，多次實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，然后標(biāo)定參數(shù)CA、 D0的值。

本系統(tǒng)共有9個(gè)傳感器測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫儀測(cè)量第一個(gè)傳感器點(diǎn)的溫度T1，輸入程序保存，同時(shí)記錄相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量D1；然后分別測(cè)量其余8個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)T2、D2等等。為保證校準(zhǔn)精度，環(huán)境溫度應(yīng)在-6℃ 左右變化，我們采用了凍冰之后校準(zhǔn)，并且溫度變化的范圍盡可能大一些，免除因差額小而可能存在的誤差。根據(jù)公式：

CA1=(T1-T2)/(D1-D2) (2)

D01=D1-T1/CA1(3)

計(jì)算出CA1和D01的值加以保存；然后利用T2、D2、T3、D3的值用公式(2)和(3)計(jì)算出CA 2和D02的值并存儲(chǔ)在程序中；依次能計(jì)算出6個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)，然后用取均值的方法標(biāo)定出參數(shù)CA、 D0的值。從而完成該儀表的溫度測(cè)量精度的校正。

5 AD590的現(xiàn)場(chǎng)封裝

在環(huán)境條件好的場(chǎng)合，AD590可以直接裸露在測(cè)溫環(huán)境中。但本系統(tǒng)環(huán)境較為潮濕，因此使用前需要對(duì)AD590加不銹鋼保護(hù)套。并進(jìn)行了良好的隔熱墊曾包裝設(shè)置和泡沫充實(shí)保護(hù)措施，防止其靈敏度受到影響。

6 總結(jié)

本系統(tǒng)中的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)采用了新型處理技術(shù)，在應(yīng)用中合理搭配了軟硬件的應(yīng)用，使得以較低的復(fù)雜程度和較小的成本完成了多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與控制，滿足了系統(tǒng)要求。本系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)開始使用，運(yùn)行穩(wěn)定且效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程方曉，孫靜波，應(yīng)紅霞，等.大型室內(nèi)冰場(chǎng)冰溫多點(diǎn)檢測(cè)與數(shù)據(jù)融合[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，13(2):10-12.

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