CN105403318A - 一种表面多点温度监测的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面多点温度监测的方法和系统，包括多个温度传感器和监测系统，所述温度传感器和监测系统连接，所述监测系统包括处理器，多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；处理器根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。温度阶跃响应曲线能够提前反映温度监测点的温度变化情况，获得温度阶跃响应曲线就可对温度监测点的温度变化情况进行合理预测。可见，该表面多点温度监测的方法和系统，通过采集被监测表面的温度监测点处的温度值，对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

Description

一种表面多点温度监测的方法和系统

技术领域

本发明涉及工业温度采集技术领域，尤其涉及一种表面多点温度监测的方法和系统。

背景技术

温度是仪器设备能够正常工作的重要指标之一。除去冷冻箱、温箱这些以温度控制为目的的设备必须要求精确的温度控制外，应用于其他领域的工农业设备、医疗仪器或者最基础的电路元器件，也只有在限定的温度范围内才能够正常工作。因此，温度检测具有十分重要的意义。公布号为CN101852652A的中国专利申请，公开了一种多点温度采集系统及其采集方法，包括多个一线总线式温度传感器DS18B20、PIC、RS232、液晶显示装置和PC电脑主控机。PC机控制温度转化，并可以在计算机界面显示多点温度。公布号为CN103630260A的中国专利申请，公开了一种下位温度采集终端系统，该系统主要包括单片机MSP430F149、液晶显示电路、热敏电阻电路NTC、以及单片射频收发器nRF24L01，可以实现多点温度检测和远程无线控制。以上两种温度采集方式，只能显示仪器设备表面的温度检测点处的温度值大小，对温度检测点外的温度情况一无所知，温度检测不全面且无法进行精密的温度控制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种表面多点温度监测的方法和系统，通过采集被监测表面的温度监测点处的温度值，对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种表面多点温度监测的方法，包括：

多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；

处理器根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

其中，所述温度阶跃响应曲线的拟合，包括具有滞后性质的一阶惯性环节的数学模型的建立；

所述数学模型为G(s)＝K·e^(-τs)/(Ts+1)，其中，G(s)为温度传递函数，K为比例系数，τ为延时时间常数，s为微分控制算子，e^(-τs)为纯延迟环节部分，T为惯性时间常数。

其中，所述温度传感器为红外温度传感器。

其中，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；包括：

多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器，多个所述温度监测点分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点；

处理器根据接收到的多个温度值和预设的与该多个温度值分别对应的温度监测点的位置信息，获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度密度图，所述温度密度图通过对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵进行插值算法而获得。

其中，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器之后，还包括：

处理器根据接收到的多个温度值，获得多个温度监测点对应的被监测表面的平均温度，所述平均温度＝接收到的温度值之和/接收到的温度值对应的温度监测点的个数之和。

其中，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器之后，还包括：

当任意一个温度值处于预设安全温度范围之外，处理器启动报警器，以便发出报警信息。

其中，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器之后，还包括：

当平均温度值处于预设安全平均温度范围之外，处理器启动报警器，以便发出报警信息。

其中，所述以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线之后，还包括：

处理器保存被监测表面的温度数据；或，

处理器将被监测表面的温度数据发送至显示屏以便显示；或，

处理器将被监测表面的温度数据发送至显示屏以便通过GUI界面显示。

第二方面，提供一种表面多点温度监测的系统，包括多个温度传感器和监测系统，所述温度传感器和监测系统连接，所述监测系统包括处理器，

多个温度传感器，用于分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；

处理器，用于根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

其中，所述温度阶跃响应曲线的拟合，包括具有滞后性质的一阶惯性环节的数学模型的建立；

所述数学模型为G(s)＝K·e^(-τs)/(Ts+1)，其中，G(s)为温度传递函数，K为比例系数，τ为延时时间常数，s为微分控制算子，e^(-τs)为纯延迟环节部分，T为惯性时间常数。

其中，所述温度传感器为红外温度传感器。

其中，所述监测系统还包括托架，所述托架上设置多个用于固定温度传感器的固定孔，所述固定孔和温度传感器一一对应，每个所述固定孔分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点；

多个温度传感器分别按预设顺序固定于托架的固定孔后，还用于分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器，

处理器，还用于根据接收到的多个温度值和预设的与该多个温度值分别对应的温度监测点的位置信息，获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度密度图，所述温度密度图通过对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵进行插值算法而获得。

其中，所述处理器，还用于根据接收到的多个温度值，获得多个温度监测点对应的被监测表面的平均温度，所述平均温度＝接收到的温度值之和/接收到的温度值对应的温度监测点的个数之和。

其中，所述托架包括架体平面和架体轴，所述架体平面和架体轴正交连接，所述架体平面设置25个固定孔，所述固定孔为圆口凹孔。

其中，所述托架包括架体平面和架体轴，所述架体平面和架体轴正交连接，所述架体平面的表面形状为30cm×30cm的正方形。

其中，所述监测系统还包括监测子系统，所述处理器为上位机，所述上位机和所述监测子系统电性连接，所述托架和所述监测子系统可拆卸连接。

其中，所述监测子系统包括单片机和多个用于控制每个温度传感器的电路通断的温度传感器选择开关，所述温度传感器选择开关和温度传感器一一对应，所述温度传感器选择开关和单片机连接。

其中，所述单片机为PIC16型的单片机，所述监测子系统还包括A/D扩展电路，所述A/D扩展电路和单片机连接。

其中，所述单片机为ARM型的单片机或DSP型的单片机。

其中，所述监测子系统还包括报警电路，所述报警电路和单片机连接，所述报警电路包括报警器，所述报警器为蜂鸣器。

其中，所述监测子系统还包括电源电路，所述电源电路和单片机连接。

其中，所述监测子系统还包括显示电路，所述显示电路和单片机连接，所述显示电路包括LCD显示屏。

其中，所述监测子系统还包括串口通信电路，所述串口通信电路的一端和单片机连接，串口通信电路的另一端和上位机连接。

其中，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体的一表面设置控制面板、多个温度传感器工作指示灯、用于设定报警温度的报警温度设定按钮和用于显示设定的报警温度的报警温度显示数码管，所述报警温度设定按钮和报警温度显示数码管均和单片机连接，所述LCD显示屏和多个所述温度传感器选择开关设置于控制面板，每个温度传感器工作指示灯均和一个温度传感器选择开关电性连接，当温度传感器选择开关接通对应的温度传感器的电路，则对应的温度传感器工作指示灯点亮，当温度传感器选择开关切断对应的温度传感器的电路，则对应的温度传感器工作指示灯熄灭。

其中，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体的一表面设置电源电路接口，所述电源电路接口和所述电源电路连接。

其中，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体的一表面设置串口通信接口，所述串口通信接口和所述串口通信电路连接。

其中，所述箱体的另一表面设置温度传感器接口，每个温度传感器接口通过导线和一温度传感器连接。

其中，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体为六面箱体，所述六面箱体的上端设置固定槽，所述架体轴和固定槽配合固定，架体平面可绕架体轴旋转，所述架体轴可沿固定槽的中心轴旋转。

本发明的有益效果在于：一种表面多点温度监测的方法和系统，包括多个温度传感器和监测系统，所述温度传感器和监测系统连接，所述监测系统包括处理器，多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；处理器根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。温度阶跃响应曲线能够提前反映温度监测点的温度变化情况，获得温度阶跃响应曲线就可对温度监测点的温度变化情况进行合理预测。可见，该表面多点温度监测的方法和系统，通过采集被监测表面的温度监测点处的温度值，对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的表面多点温度监测的方法第一个实施例的流程示意图。

图2是本发明实施例提供的表面多点温度监测的方法第二个实施例的流程示意图。

图3是本发明实施例提供的插值20个数的温度密度图和插值40个数的温度密度图。

图4是本发明实施例提供的表面多点温度监测的方法第三个实施例的流程示意图。

图5是本发明实施例提供的应用表面多点温度监测的方法后显示的温度监测GUI界面。

图6是本发明实施例提供的表面多点温度监测的系统的结构方框图。

图7是本发明实施例提供的托架的架体平面设置25个固定孔的第一实施例的立体结构示意图。

图8是本发明实施例提供的托架的架体平面设置25个固定孔的第二实施例的立体结构示意图。

图9是本发明实施例提供的监测子系统的电路结构方框图。

图10是本发明实施例提供的箱体的前视立体结构示意图。

图11是本发明实施例提供的箱体的后视立体结构示意图。

附图说明如下：

20-箱体；201-控制面板；202-LCD显示屏；2011-温度传感器选择开关；

2012-温度传感器工作指示灯；2013-报警温度设定按钮；

2014-报警温度显示数码管；2015-电源电路接口；2016-串口通信接口；

2017-温度传感器接口；2018-固定槽；30-托架；301-架体平面；

302-架体轴。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其是本发明实施例提供的表面多点温度监测的方法第一个实施例的流程示意图。本发明实施例提供的表面多点温度监测的方法，可应用于各种工农业设备、医疗仪器或者电路元器件等的表面的温度监测。

该表面多点温度监测的方法，包括：

步骤S101、多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器。

预设采样周期可以根据需要设置，有选为0.5s、1s或2s，每间隔预设采样周期，多个温度传感器都会把采集的温度值传输至处理器。

步骤S102、处理器根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

阶跃响应是指一系统在其输入为一阶跃函数时，其输出的变化响应。在控制领域，阶跃响应是指一系统的输入在很短时间由0变成定值时，其输出的时域特性。分析一系统的阶跃响应有助于了解系统的特性，因为当输入在长时间稳态后，有快速而大幅度的变化，可以看出系统各个部份的特性，而且也可以知道一个系统的稳定性。可见，温度阶跃响应曲线能够提前反映温度监测点的温度变化情况，能够对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

其中，所述温度阶跃响应曲线的拟合，包括具有滞后性质的一阶惯性环节的数学模型的建立；

所述数学模型为G(s)＝K·e^(-τs)/(Ts+1)，其中，G(s)为温度传递函数，K为比例系数，τ为延时时间常数，s为微分控制算子，e^(-τs)为纯延迟环节部分，T为惯性时间常数。

根据被监测物体表面的温度值，拟合被监测物体表面的温度阶跃响应曲线。具体实现方法包括：

a)在程序里设定要拟合的曲线类型。一般需要被监测物体的内部包含加热或制冷设备，其温度阶跃响应曲线是具有滞后性质的一阶惯性环节的数学模型：

G(s)＝K·e^(-τs)/(Ts+1)；

b)保存平均温度数据TT和相应时间t；

c)拟合曲线并显示。

在Matlab环境下的获得温度阶跃响应曲线的程序相应命令为：

fun＝inline('a(1).*exp(-a(3).*t)./(a(2).*t+1)','a','t')；％设定曲线方程为K*e-τs/(Ts+1),其中a包括三个参数：a(1)＝K、a(2)＝T、a(3)＝τ；

a＝lsqcurvefit(fun,aa,t,TT)；％拟合曲线,aa代表曲线的起始点，把第一次温度传感器采样的平均温度作为曲线的起始点，

holdon；plot(t,TT,'bo')；％画原始数据点，

T0＝fun(a,t)；％用T0表示拟合出的曲线，

plot(t,T0,'r')；％画拟和曲线，

holdoff；disp(a)％求得并显示K,t,T参数的值。

其中，所述温度传感器为红外温度传感器。

红外温度传感器不需接触被监测物体表面即可准确监测物体的表面温度。

在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波，其中就包含了波段位于0.75～100μm的红外线。红外温度传感器能够感应该波段的红外线。红外辐射的物理本质是热辐射，物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。红外温度传感器可根据接收到的红外线的能量大小反映物体的温度值大小。

本发明提供的表面多点温度监测的方法，通过采集被监测表面的温度监测点处的温度值，对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

请参考图2，其是本发明实施例提供的表面多点温度监测的方法第二个实施例的方法流程图。本实施例与表面多点温度监测的方法第一个实施例的主要区别在于，在获得温度阶跃响应曲线的基础上，增加了获得温度密度图的具体步骤说明。

该表面多点温度监测的方法，包括：

步骤S201、多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器，多个所述温度监测点分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点。

步骤S202、处理器根据接收到的多个温度值和预设的与该多个温度值分别对应的温度监测点的位置信息，获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度密度图，所述温度密度图通过对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵进行插值算法而获得。

步骤S203、处理器根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

其中，所述插值算法包括：

对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵插20个值；或，

对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵插40个值。

其中，所述多个所述温度监测点位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点，包括：

9个所述温度监测点分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点。

优选的，9个温度监测点分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点，对应的温度传感器按顺序成方形矩阵放置，处理器基于温度监测点对应的温度值和位置信息，在相应两个温度监测点之间进行温度插值计算，可模拟出被监测物体表面的温度密度图。

若要使温度密度图有实际意义，温度传感器必须按照预设顺序成方形矩阵放置，本实施例的温度密度图是基于二维3×3数据矩阵的9个温度值而获得。则预设顺序为：分别给温度传感器编号后，把第一个温度传感器设置于第一温度监测点，第二个温度传感器设置于第二温度监测点，以此类推，直到第九个温度传感器设置于第九温度监测点，再把温度传感器编号和温度监测点位置输入处理器，以便温度传感器和温度监测点形成一一对应的位置关系。温度密度图本身代表被监测物体表面温度情况，因此温度传感器的温度值在温度密度图里的位置顺序(处于3×3矩阵中的位置)要和温度传感器在被监测物体表面的位置顺序一致才有实际意义。此外，在相应两温度值之间进行插值计算，插值次数越多，温度密度图的表面过渡越平滑。

请参考图3，其是本发明实施例提供的插值20个数的温度密度图和插值40个数的温度密度图。

a图为插值20个数的温度密度图，b图为插值40个数的温度密度图。从图中可以看出，b图的温度变化幅度相较于a图更小，过渡更平滑。可见，所述的插值算法的插值次数越多，温度过渡越平滑，更能准确地反映温度的变化。

在Matlab环境下的获得温度密度图的程序相应命令为：

matrix＝[Temp1Temp2Temp3；Temp4Temp5Temp6；Temp7Temp8Temp9]；％建立3×3温度矩阵，TempN表示各温度传感器采集的对应温度值

[rows,cols]＝size(matrix)；％求出矩阵行、列的个数

[x,y]＝meshgrid(1:1:rows,1:1:cols)；％建立原温度值分布的位置

[xi,yi]＝meshgrid(1:0.05:rows,1:0.05:cols)；％在原温度个数的基础上插值到1/0.05＝20个值

zi＝interp2(x,y,matrix',xi,yi,'cubic')；％插值

h＝imagesc(zi)；％画出温度密度图

colormap(gray)；％用灰度图显示温度密度图。

本发明提供的表面多点温度监测的方法，通过采集被监测表面的温度监测点处的温度值，获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线和温度密度曲线，对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

请参考图4，其是本发明实施例提供的表面多点温度监测的方法第三个实施例的方法流程图。本实施例与表面多点温度监测的方法第二个实施例的主要区别在于，在获得温度阶跃响应曲线和温度密度图的基础上，增加了获得平均温度和报警的具体步骤说明。

该表面多点温度监测的方法，包括：

步骤S301、多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器。

步骤S302、处理器根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

步骤S303、处理器根据接收到的多个温度值，获得多个温度监测点对应的被监测表面的平均温度，所述平均温度＝接收到的温度值之和/接收到的温度值对应的温度监测点的个数之和。

在Matlab环境下的获得平均温度的程序相应命令为：

假设温度传感器的温度为Temp,各个温度传感器的值为Temp1、Temp2……Temp9；

每个温度传感器都有一个控制开关N，温度传感器使能时N＝1，反之N＝0，各个温度传感器的参数为N1、N2……N9；

平均温度＝(N1*Temp1+N2*Temp2+……+N9*Temp9)/9；

步骤S304a、当任意一个温度值处于预设安全温度范围之外，处理器启动报警器，以便发出报警信息。

步骤S304b、当平均温度值处于预设安全平均温度范围之外，处理器启动报警器，以便发出报警信息。

需要说明的是，步骤S304a和步骤S304b并没有先后顺序关系，可以是先实施步骤S304a再实施步骤S304b，也可以先实施步骤S304b再实施步骤S304a，还可以步骤S304a和步骤S304b并行实施，或步骤S304a和步骤S304b择一实施。

步骤S305、处理器保存被监测表面的温度数据；或，

处理器将被监测表面的温度数据发送至显示屏以便显示；或，

处理器将被监测表面的温度数据发送至显示屏以便通过GUI界面显示。

处理器可记录运行时间和保存温度数据，将温度数据和对应运行时间建立一一对应关系，为进一步的温度控制提供数据依据。

请参考图5，其是本发明实施例提供的应用表面多点温度监测的方法后显示的温度监测GUI界面。

温度监测GUI界面上分别显示了串口通信参数调节部分、使能温度传感器选择部分、温度传感器采集温度值部分、温度变化曲线部分、温度阶跃变化曲线部分。串口通信参数调节部分包括通信口、波特率、校验位、数据位、停止位。使能温度传感器选择部分包括9个温度传感器，可在使能温度传感器选框里勾选相应的工作温度传感器，以便进行准确的温度值显示和计算。温度传感器采集温度值部分包括9个温度值。温度变化曲线部分和温度阶跃变化曲线部分，为在坐标轴中实时显示温度变化曲线。

本发明提供的表面多点温度监测的方法，主要用于监测各种工农业设备、医疗仪器或者电路元器件等的被监测表面温度，并将监测结果实时显示出来。该方法采用红外温度传感器，无需接触被监测物体的表面，就可以有效的监测并显示温度监测点处的温度值及值变化情况。结合温度监测点处的温度值和位置信息，大致模拟出整个被监测表面的温度密度图。同时，根据被监测物体表面的平均温度变化情况，拟合被监测物体表面的温度阶跃响应曲线，更直观的了解被监测物体的热学性能。另外，该方法还能实时保存温度数据，为进一步的温度控制提供数据依据，且该方法可以设定温度报警范围，当温度值超出该范围，报警器就会发出提醒信息。

综上，本发明提供的表面多点温度监测的方法，解决了如何准确的采集被监测物体表面的多点温度，如何实时显示温度值大小及变化情况，如何利用温度密度图获得被监测物体表面整体温度情况，如何获得被监测物体表面的温度阶跃响应曲线等的技术问题。

以下为本发明提供的表面多点温度监测的系统的实施例。表面多点温度监测的系统的实施例与上述的表面多点温度监测的方法实施例属于同一构思，表面多点温度监测的系统的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述表面多点温度监测的方法实施例。

请参考图6，其是本发明实施例提供的表面多点温度监测的系统的结构方框图。

该表面多点温度监测的系统，包括多个温度传感器和监测系统，所述温度传感器和监测系统连接，所述监测系统包括处理器，

多个温度传感器，用于分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；

处理器，用于根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

本发明提供的表面多点温度监测的系统，通过采集被监测表面的温度监测点处的温度值，对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

其中，所述温度阶跃响应曲线的拟合，包括具有滞后性质的一阶惯性环节的数学模型的建立；

所述数学模型为G(s)＝K·e^(-τs)/(Ts+1)，其中，G(s)为温度传递函数，K为比例系数，τ为延时时间常数，s为微分控制算子，e^(-τs)为纯延迟环节部分，T为惯性时间常数。

其中，所述温度传感器为红外温度传感器。

其中，所述处理器，还用于根据接收到的多个温度值，获得多个温度监测点对应的被监测表面的平均温度，所述平均温度＝接收到的温度值之和/接收到的温度值对应的温度监测点的个数之和。

请参考图7和图8，其是是本发明实施例提供的托架30的架体平面301设置25个固定孔的第一实施例的立体结构示意图和第二实施例的立体结构示意图。

其中，所述监测系统还包括托架30，所述托架30上设置多个用于固定温度传感器的固定孔，所述固定孔和温度传感器一一对应，每个所述固定孔分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点；

多个温度传感器分别按预设顺序固定于托架30的固定孔后，还用于分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器，

处理器，还用于根据接收到的多个温度值和预设的与该多个温度值分别对应的温度监测点的位置信息，获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度密度图，所述温度密度图通过对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵进行插值算法而获得。

其中，所述托架30包括架体平面301和架体轴302，所述架体平面301和架体轴302正交连接，所述架体平面301设置25个固定孔，所述固定孔为圆口凹孔。

其中，所述托架30包括架体平面301和架体轴302，所述架体平面301和架体轴302正交连接，所述架体平面301的表面形状为30cm×30cm的正方形。

优选的，托架30用来放置温度传感器，包括托架30体平面和架体轴302。架体平面301的表面形状为30cm×30cm的正方形。架体平面301上有5×5个圆口凹孔，使用时，将温度传感器固定在圆口凹孔里，可以根据被监测物体表面积的大小选择不同的圆口凹孔来放置温度传感器。若被监测物体表面积大，则可选择架体平面301的第一实施例的实线交点位置处的9个圆口凹孔放置温度传感器，若被监测物体表面积小，则可选择架体平面301的第二实施例的虚线交点位置处的圆口凹孔放置温度传感器。只有当温度传感器按预设顺序成方形矩阵放置时，处理器模拟出的被监测物体表面的温度密度图才有实际意义。若温度传感器不按照方形矩阵放置，也可以监测被监测物体表面温度并进行实时显示，只是这时的温度密度图不再具有参考意义。

其中，所述监测系统还包括监测子系统，所述处理器为上位机，所述上位机和所述监测子系统电性连接，所述托架30和所述监测子系统可拆卸连接。

本发明提出的多点表面温度监测系统，主要用于监测被监测物体表面的温度值，并通过监测子系统的LCD显示屏202和上位机实时显示。该系统主要包括监测子系统和上位机两部分。

上位机可实现三大功能，分别为实时显示各个温度传感器监测的温度值大小、平均温度以及温度变化曲线；结合温度监测点处的温度值和位置信息，模拟出整个被监测表面的温度密度图；根据被监测表面平均温度变化情况，拟合被监测物体表面的温度阶跃响应曲线，为进一步的温度控制提供数据依据。

基于红外温度传感器监测的温度监测点的温度，可选择使能任意1-9个红外温度传感器工作，上位机实时显示使能的红外温度传感器的温度值及变化曲线，并根据使能的红外温度传感器计算平均温度值。红外温度传感器可以选择放置在托架30上或者直接放置在被监测物体表面。当红外温度传感器按预设顺序成方形矩阵放置时，上位机模拟出的被监测物体表面的温度密度图才具有实际意义。上位机根据被监测物体表面的平均温度变化情况，可拟合被监测物体表面的温度阶跃响应曲线，上位机还可以保存温度数据和时间信息，为进一步的温度控制提供数据依据。

监测子系统可以单独使用，此时，监测子系统的LCD显示屏202可以显示各个温度传感器的温度值以及平均温度。

请参考图9，其是本发明实施例提供的监测子系统的电路结构方框图。

其中，所述监测子系统包括单片机和多个用于控制每个温度传感器的电路通断的温度传感器选择开关2011，所述温度传感器选择开关2011和温度传感器一一对应，所述温度传感器选择开关2011和单片机连接。

其中，所述单片机为PIC16型的单片机，所述监测子系统还包括A/D扩展电路，所述A/D扩展电路和单片机连接。

其中，所述单片机为ARM型的单片机或DSP型的单片机。

其中，所述监测子系统还包括报警电路，所述报警电路和单片机连接，所述报警电路包括报警器，所述报警器为蜂鸣器。

其中，所述监测子系统还包括电源电路，所述电源电路和单片机连接。

其中，所述监测子系统还包括显示电路，所述显示电路和单片机连接，所述显示电路包括LCD显示屏202。

其中，所述监测子系统还包括串口通信电路，所述串口通信电路的一端和单片机连接，串口通信电路的另一端和上位机连接。

监测子系统包括电源电路、单片机、A/D扩展电路、串口通信电路、报警电路、温度传感器选择开关2011、显示电路。电源电路为单片机供电，单片机选择PIC16型的单片机，本身带有8路A/D转换，本系统中拟采用9个温度传感器，PIC16型的单片机本身只包含8路A/D通道，因此一路A/D转换需要和A/D扩展电路相连接，扩展A/D采样通道数。串口通信电路用来把监测的温度值传输给上位机。报警电路具有报警温度设定和蜂鸣器提醒功能，若实际监测的温度值或平均温度超过设定的报警温度，蜂鸣器会发出警告提醒信息。每一个温度传感器都和一个温度传感器选择开关2011相连，可以选择对应的温度传感器是否工作。

请参考图10和图11，其分别是本发明实施例提供的箱体20的前视立体结构示意图和后视立体结构示意图。

其中，所述监测子系统包括一箱体20，所述箱体20的一表面设置控制面板201、多个温度传感器工作指示灯2012、用于设定报警温度的报警温度设定按钮2013和用于显示设定的报警温度的报警温度显示数码管2014，所述报警温度设定按钮2013和报警温度显示数码管2014均和单片机连接，所述LCD显示屏202和多个所述温度传感器选择开关2011设置于控制面板201，每个温度传感器工作指示灯2012均和一个温度传感器选择开关2011电性连接，当温度传感器选择开关2011接通对应的温度传感器的电路，则对应的温度传感器工作指示灯2012点亮，当温度传感器选择开关2011切断对应的温度传感器的电路，则对应的温度传感器工作指示灯2012熄灭。

其中，所述监测子系统包括一箱体20，所述箱体20的一表面设置电源电路接口2015，所述电源电路接口2015和所述电源电路连接。

其中，所述监测子系统包括一箱体20，所述箱体20的一表面设置串口通信接口2016，所述串口通信接口2016和所述串口通信电路连接。

其中，所述箱体20的另一表面设置温度传感器接口2017，每个温度传感器接口2017通过导线和一温度传感器连接。

箱体20的一表面连接LCD显示屏202和温度传感器选择开关2011，在LCD显示屏202的下方设置控制面板201。控制面板201包含温度传感器工作指示灯2012和报警温度设定按钮2013。箱体20的又一表面包括电源电路接口2015和串口通信接口2016。箱体20的再一表面包括温度传感器接口2017。温度传感器接口2017和单片机电性连接。温度传感器通过导线连接到箱体20上的温度传感器接口2017。温度传感器可以固定在托架30上，方便移动和测量，也可以直接放置在被监测物体表面。

其中，所述监测子系统包括一箱体20，所述箱体20为六面箱体20，所述六面箱体20的上端设置固定槽2018，所述架体轴302和固定槽2018配合固定，架体平面301可绕架体轴302旋转，所述架体轴302可沿固定槽2018的中心轴旋转。

架体轴302与箱体20的固定槽2018配合连接固定，用以支撑托架30。同时，架体平面301可沿架体轴302进行旋转。监测被监测物体表面的温度时，托架30可以固定在箱体20上或者手持。当托架30固定于箱体20，可把被监测物体放在箱体20上或箱体20附近，通过旋转架体轴302，使温度传感器垂直于被监测物体上方，进行温度监测；也可手持托架30，或者把架体平面301放在被监测物体表面，进行多点温度监测。温度传感器放置于托架30的固定孔位置处，与直接把温度传感器放在被监测物体表面可能产生滑动和位置变化相比，测量更加方便，结果也更加准确。当然，温度传感器也可不放置在托架30上，直接放置于被监测物体表面。

LCD显示屏202可以显示各个温度传感器监测的温度值以及温度平均值。9个温度传感器选择开关2011可以分别选择对应的温度传感器是否工作。温度传感器指示灯指示对应的温度传感器是否工作，若温度传感器指示灯对应的温度传感器处于工作状态，则该温度传感器指示灯亮，反之则不亮。报警温度设定按钮2013可以设定警报的温度，若实际温度值高于或低于警报温度，则给予蜂鸣器提醒；报警温度显示数码管2014可以显示设定的报警温度。电源接口电路和串口通信接口2016分别用来连接电源线和串口线。温度传感器接口2017通过导线和温度传感器相连，固定槽2018用来固定托架30。

本发明提供的多点表面温度监测系统，包括用于监测多点温度的温度传感器、用于简单显示温度值的监测子系统、用于显示温度变化和被监测物体热学性能曲线的上位机三部分。监测子系统机械结构包括箱体20和托架30。托架30包括架体平面301和架体轴302。架体平面301上设置圆口凹孔，圆口凹孔用以固定温度传感器，托架30平面可沿架体轴302旋转。监测子系统中可选择使能任意温度传感器。LCD显示屏202显示对应的温度传感器是否处于工作状态。上位机可根据监测子系统中使能的温度传感器调整上位机中工作的温度传感器，用于进行相应温度传感器的平均温度的计算和数据保存等。上位机实时显示各工作温度传感器的温度值及温度变化曲线。若温度传感器按预设顺序并按照方形矩阵放置，上位机还可模拟出有实际意义的被监测物体表面的温度密度图，用来反映被监测物体表面的大致温度分布情况。根据被监测物体表面平均温度的变化情况，拟合被监测物体的温度阶跃响应曲线，以便进行精确的温度控制和了解被监测物体的热性能。上位机还可以保存运行时间和与之相对应的温度值，方便进一步数据分析。

本发明提供的多点表面温度监测系统，多点温度采集和监测一体化，不仅可以采集被监测物体表面多点温度值，还可以实时显示各温度监测点的温度值大小、平均温度和变化曲线。该系统结构简单，操作方便。监测子系统设置于箱体20内，温度传感器可以放置在和箱体20固定连接的托架30上，并通过导线和箱体20内的监测子系统电性相连。

一种表面多点温度监测的方法和系统，通过采集被监测表面的温度监测点处的温度值，对温度监测点的温度变化情况合理预测，有助于进行精密的温度控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括存储器、磁盘或光盘等。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (28)

1.一种表面多点温度监测的方法，其特征在于，包括：

多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；

处理器根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

2.根据权利要求1所述的表面多点温度监测的方法，其特征在于，所述温度阶跃响应曲线的拟合，包括具有滞后性质的一阶惯性环节的数学模型的建立；

所述数学模型为G(s)＝K·e^(-τs)/(Ts+1)，其中，G(s)为温度传递函数，K为比例系数，τ为延时时间常数，s为微分控制算子，e^(-τs)为纯延迟环节部分，T为惯性时间常数。

3.根据权利要求1所述的表面多点温度监测的方法，其特征在于，所述温度传感器为红外温度传感器。

4.根据权利要求1所述的表面多点温度监测的方法，其特征在于，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；包括：

多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器，多个所述温度监测点分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点；

处理器根据接收到的多个温度值和预设的与该多个温度值分别对应的温度监测点的位置信息，获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度密度图，所述温度密度图通过对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵进行插值算法而获得。

5.根据权利要求1所述的表面多点温度监测的方法，其特征在于，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器之后，还包括：

处理器根据接收到的多个温度值，获得多个温度监测点对应的被监测表面的平均温度，所述平均温度＝接收到的温度值之和/接收到的温度值对应的温度监测点的个数之和。

6.根据权利要求1所述的表面多点温度监测的方法，其特征在于，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器之后，还包括：

当任意一个温度值处于预设安全温度范围之外，处理器启动报警器，以便发出报警信息。

7.根据权利要求5所述的表面多点温度监测的方法，其特征在于，所述多个温度传感器分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器之后，还包括：

当平均温度值处于预设安全平均温度范围之外，处理器启动报警器，以便发出报警信息。

8.根据权利要求1所述的表面多点温度监测的方法，其特征在于，所述以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线之后，还包括：

处理器保存被监测表面的温度数据；或，

处理器将被监测表面的温度数据发送至显示屏以便显示；或，

处理器将被监测表面的温度数据发送至显示屏以便通过GUI界面显示。

9.一种表面多点温度监测的系统，其特征在于，包括多个温度传感器和监测系统，所述温度传感器和监测系统连接，所述监测系统包括处理器，

多个温度传感器，用于分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器；

处理器，用于根据接收到的多个温度值进行温度阶跃响应曲线的拟合，以获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度阶跃响应曲线。

10.根据权利要求9所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述温度阶跃响应曲线的拟合，包括具有滞后性质的一阶惯性环节的数学模型的建立；

所述数学模型为G(s)＝K·e^(-τs)/(Ts+1)，其中，G(s)为温度传递函数，K为比例系数，τ为延时时间常数，s为微分控制算子，e^(-τs)为纯延迟环节部分，T为惯性时间常数。

11.根据权利要求9所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述温度传感器为红外温度传感器。

12.根据权利要求9所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测系统还包括托架，所述托架上设置多个用于固定温度传感器的固定孔，所述固定孔和温度传感器一一对应，每个所述固定孔分别位于按纵横线绘制而成的正交网格线的交点；

多个温度传感器分别按预设顺序固定于托架的固定孔后，还用于分别间隔预设采样周期采集对应于温度监测点的温度值，并将该温度值传输至处理器，

处理器，还用于根据接收到的多个温度值和预设的与该多个温度值分别对应的温度监测点的位置信息，获得多个温度监测点对应的被监测表面的温度密度图，所述温度密度图通过对多个温度值和多个位置信息形成的温度值矩阵进行插值算法而获得。

13.根据权利要求9所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述处理器，还用于根据接收到的多个温度值，获得多个温度监测点对应的被监测表面的平均温度，所述平均温度＝接收到的温度值之和/接收到的温度值对应的温度监测点的个数之和。

14.根据权利要求12所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述托架包括架体平面和架体轴，所述架体平面和架体轴正交连接，所述架体平面设置25个固定孔，所述固定孔为圆口凹孔。

15.根据权利要求12所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述托架包括架体平面和架体轴，所述架体平面和架体轴正交连接，所述架体平面的表面形状为30cm×30cm的正方形。

16.根据权利要求12所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测系统还包括监测子系统，所述处理器为上位机，所述上位机和所述监测子系统电性连接，所述托架和所述监测子系统可拆卸连接。

17.根据权利要求16所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统包括单片机和多个用于控制每个温度传感器的电路通断的温度传感器选择开关，所述温度传感器选择开关和温度传感器一一对应，所述温度传感器选择开关和单片机连接。

18.根据权利要求17所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述单片机为PIC16型的单片机，所述监测子系统还包括A/D扩展电路，所述A/D扩展电路和单片机连接。

19.根据权利要求17所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述单片机为ARM型的单片机或DSP型的单片机。

20.根据权利要求17所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统还包括报警电路，所述报警电路和单片机连接，所述报警电路包括报警器，所述报警器为蜂鸣器。

21.根据权利要求17所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统还包括电源电路，所述电源电路和单片机连接。

22.根据权利要求17所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统还包括显示电路，所述显示电路和单片机连接，所述显示电路包括LCD显示屏。

23.根据权利要求17所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统还包括串口通信电路，所述串口通信电路的一端和单片机连接，串口通信电路的另一端和上位机连接。

24.根据权利要求22所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体的一表面设置控制面板、多个温度传感器工作指示灯、用于设定报警温度的报警温度设定按钮和用于显示设定的报警温度的报警温度显示数码管，所述报警温度设定按钮和报警温度显示数码管均和单片机连接，所述LCD显示屏和多个所述温度传感器选择开关设置于控制面板，每个温度传感器工作指示灯均和一个温度传感器选择开关电性连接，当温度传感器选择开关接通对应的温度传感器的电路，则对应的温度传感器工作指示灯点亮，当温度传感器选择开关切断对应的温度传感器的电路，则对应的温度传感器工作指示灯熄灭。

25.根据权利要求21所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体的一表面设置电源电路接口，所述电源电路接口和所述电源电路连接。

26.根据权利要求23所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体的一表面设置串口通信接口，所述串口通信接口和所述串口通信电路连接。

27.根据权利要求24至26任意一项所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述箱体的另一表面设置温度传感器接口，每个温度传感器接口通过导线和一温度传感器连接。

28.根据权利要求14所述的表面多点温度监测的系统，其特征在于，所述监测子系统包括一箱体，所述箱体为六面箱体，所述六面箱体的上端设置固定槽，所述架体轴和固定槽配合固定，架体平面可绕架体轴旋转，所述架体轴可沿固定槽的中心轴旋转。