基于主从式双处理器的光纤比色测温仪软件设计

系统软件由两部分组成：作为主机的单片机ＭＣＵ部分主要完成系统的外部接口、控制功能；作为从机的数字信号处理器则通过主机传送来的各种数据通过一系列修正模型计算出温度，然后将结果返回给主机。这样将原本由单片机处理需要花费很长时间的数学模型计算交给ＤＳＰ，让ＭＣＵ和ＤＳＰ各取所长，使得整个系统计算温度的速度大大提高，提高了测温仪的实时响应特性。系统软件主体流程如图２所示。

２．３．１ 单片机ＭＣＵ部分

单片

机主要负责信号的采集和人机接口。主要包括Ａ／Ｄ采集和转换模块、与数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０的接口模块、显示模块以及键盘输入处理模块。

图2 基于主从式双处理器的测温仪软件主体流程图数字

    ２．３．２ 数字信号处理器ＤＳＰ部分

由于光敏管具有非线性特性，此外还受环境温度的影响，因此，为提高测量精度，不仅要对其非线性进行校正，还要对其温度特性进行补偿，这就导致其数字信号修正表是二维的。大量实验结果表明，内调制光敏管的输出特性随温度变化的漂移相对其非线性较小，故先校正非线性特性，再对温度进行补偿，如图３所示。

设被测物体辐射出的光信号经过内调制光敏管转换后变成微弱电压信号，再由放大器放大，然后经Ａ／Ｄ转换得到的结果为Ｖｉ，测得环境温度为Ｔｉ，假设Ｔ１≤Ｔｉ≤Ｔ２，对应于修正表中的位置查表可以得到：在Ｔ１环境温度时处于Ｖ１、Ｖ２之间，在Ｔ２温度时处于Ｖ１′、Ｖ２′之间，分别查表得到光强值Ｐ１、Ｐ２和Ｐ１′、Ｐ２′，于是插值得到Ｐｉ、Ｐｉ′。

Ｐ为插值校正后的值，内调制光电探测器输出电流Ｉ与光强值Ｐ成正比，代入公式（５）便可以得到物体的色温。

虽然选取两个接近的波长作为测温仪的工作波段，希望两个波长处的单色辐射率近似相等，使得非黑体的色温与它的实际温度相等。但作为高精度的测量，仍不能忽视在冶金行业等工业生产过程中，有某些金属材料的辐射率随波长的增加而减少，即所测的色温高于物体的真实温度。为了得到更精确的测量结果，必须考虑比辐射率的修正。考虑到实际被测物体为非黑体，可以得到?２?：

其中，Ｔ为非黑体的色温，Ｔ′为非黑体的实际温度。通过（９）式的修正，可以得到更为精确的结果。

２．３．３ 针对不同测温对象的模式处理

可以说，经过线性补偿、环温补偿以及各种修正的加入后，仪器已经能应付绝大部分高温测量的需要。但在某些特定的应用中，仍需根据现场的特殊环境和要求使测温仪能够更好地适应不同的环境。

（１）连铸现场钢板测量模式：高温的钢板上会有块状的氧化层附着，氧化层的温度相比钢板的表面温度要低得多。在生产中需要测量钢板表面的温度，而不是附着在其上的块状氧化层的温度。因此如果不做任何处理，那么测温仪的示值与钢板表面的温度肯定是不相符的。这种情况下，在ＤＳＰ的数字滤波处理程序上必须能够除掉氧化层的影响。

（２）转炉钢水温度测量模式：程序通过信号的检测，判断出转炉的生产工作状态。当转炉转动到一定角度时系统开始测量，在转炉回转之前可以通过分析信号准确得出钢水的温度，而不是炉内钢渣等其他干扰物质的温度。将此温度值保持到下次转动炉体出钢，以便工人记录操作。由于现场干扰信号较大，要求软件能剔除大量干扰信号。出钢时炉口有大量的烟尘、炽热的火焰，为得到钢水的温度，程序把连续测量的温度值存储下来后，利用统计误差修正的方法对大量数据进行处理，得到接近真实情况的温度值。

《基于主从式双处理器的光纤比色测温仪软件设计(第2页)》