熱電偶溫度計的課程設(shè)計1

1、熱電偶溫度計的畢業(yè)設(shè)計 題 目： 熱電偶溫度計的設(shè)計與制作系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 檢測技術(shù)及應(yīng)用 班 級： 計量 學(xué)生姓名： 劉一 指導(dǎo)老師： 陸曉強 完成日期： 2013年 3月15日 河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計班級計量學(xué)生姓名劉一指導(dǎo)教師陸曉強課程設(shè)計題目熱電偶測溫計的設(shè)計與制作主要設(shè)計內(nèi)容主要技術(shù)指標和設(shè)計要求1設(shè)計指標 實現(xiàn)智能數(shù)字顯示儀表。要求8位數(shù)碼管顯示，4位顯示測量值，4位顯示設(shè)定值； 4輸入按鈕：功能選擇、數(shù)碼管選擇、數(shù)字增加、數(shù)字減少； 可設(shè)定上下限報警蜂鳴器報警；2設(shè)計要求 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試

2、； PCB文件生成與打印輸出。3制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。4編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。熱電偶測溫計的設(shè)計與制作設(shè)計任務(wù)和要求1設(shè)計指標 1 實現(xiàn)智能數(shù)字顯示儀表。要求8位數(shù)碼管顯示，4位顯示測量值，4位顯示設(shè)定值；2 4輸入按鈕：功能選擇、數(shù)碼管選擇、數(shù)字增加、數(shù)字減少；3 可設(shè)定上下限報警蜂鳴器報警；2設(shè)計要求1 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2 元器件及參數(shù)選擇；3 電路仿真與調(diào)試；4 PCB文件生成與打印輸出。3制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。4編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙

3、，有心得體會。1.1選題的意義熱電偶具有構(gòu)造簡單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱、機械沖擊能力強以及響應(yīng)速度快等特點，常用于高溫區(qū)域、振動沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測溫場合；但其信號輸出靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號和前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。1.2 設(shè)計方案通過B型（鉑銠30）熱電偶測量的答題思路為1.3熱電偶測溫計的設(shè)計1.3.1智能儀表基本模塊硬件電路智能儀表基本模塊由單片機、輸入按鈕、硬件顯示和通信接口組成原理圖：(1)最小系統(tǒng)板電路(2)電源電路(3)按鍵電路(4)揚聲器電路（5）數(shù)碼管電路(6)信號調(diào)理電路(7)功率驅(qū)動電路(8)LED電

4、路1.3.2 智能儀表基本模塊的功能：（1）具有兩排8個是數(shù)碼管顯示，分別顯示測量值與設(shè)定值， 數(shù)碼管由74HC595驅(qū)動，因此只需要3個單片機引腳，可以用SPI接口引腳：PB4、PB5（MOSI）和PB7（SCK），或是采用I/O引腳搭配時序的方法驅(qū)動。（2）具有4個按鈕：功能選擇按鈕、數(shù)碼管選擇按鈕、數(shù)字加按鈕、數(shù)字減按鈕。按鈕直接連在單片機引腳，低電平有效。（3）具有4個LED燈，用于顯示狀態(tài)，直接連到單片機引腳，低電平有效。智能儀表的外形：其中上排數(shù)碼管顯示測量值，下排數(shù)碼管顯示設(shè)定值，4個按鈕用三個，右上側(cè)有4個發(fā)光二極管。1.4、測溫模塊設(shè)計1.4.1熱電偶B型熱電偶在熱電偶系列中

5、具有準確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長，測溫上限高等優(yōu)點。適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。B型熱電偶一個明顯的優(yōu)點是不需用補償導(dǎo)線進行補償，因為在050范圍內(nèi)熱電勢小于3V。B型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏度低，高溫下機械強度下降，對污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，因而一次性投資較大。 兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢成為熱電勢，也稱為熱電動勢，熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的。其中，直接用做測量介質(zhì)溫度的一端叫作工作端（

6、稱為測量端），另一端叫做冷端（稱為補償端）。冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。熱電偶將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意以下問題：（1） 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢大小，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫差有關(guān)（2） 當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)本設(shè)計要求的B型（鉑銠30）熱電偶測溫范圍如下表熱電偶分類熱電偶電極材料溫度范圍（C）熱電動勢（mV）/溫度（C）正極負極B鉑銠30鉑銠6018000/0 1

7、8.84/18001.4.2熱電偶信號調(diào)理電路采用LM35的B00000000-型熱電偶冷端補償電路 B型熱電偶在0度時的熱電勢為0mV，在1600度時的熱電勢為18.84mV。若輸出電壓為0.2-3.3v。因此放大器輸出電壓方程為：1）0.2=m*0+b 和 2）3.3=m*18.84+b算出m、b的值然后根據(jù)3）m=R2/(R1+R2)(Rf+Rg)/Rg 和 4）b=VrefR1/(R1+R2)(Rf+Rg)/Rg算出實驗所需的數(shù)據(jù)1.5驅(qū)動雙向晶閘管設(shè)計本系統(tǒng)采用晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動電路，其負載為1000W的電加熱器（電源電壓為220VAC）。單片機驅(qū)動晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動器的電路如下圖所

8、示。單片機驅(qū)動晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動器的電路1.6軟件設(shè)計1.6.1主程序#include<iom 16v.h>#include< macros.h >unsigned char vadc; /vadc 測得的放大電勢值unsigned int var; /測得的溫度值Unsign int data8; /全局變量unsigned char xs8; /數(shù)據(jù)緩存unsigned char disp = 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,/共陽數(shù)碼 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0

9、xbf, 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f, 0xFE,0xFF; unsigned int weizhi=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80; 高電平有效*/unsigned char LED0,LED1,LED2,LED3;Void main(void) /主函數(shù)unsign char adc_time;unsign char saomiao_time;unsign char xianshi_time;init_devices（）；adc_time=0; while(1)While(adc_time=

10、1) /測溫 adc(); Char lp(); /濾波 PID（）；Shuchu();adc_time=0;While(saomiao_time=1) saomiao1(); /掃描按鍵并存放數(shù)據(jù) Saomiao_time=0;while(xianshi_time=1) spihc(); /數(shù)碼管顯示 LED(); / LED燈顯示xianshi_time=0;#pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 /定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序 static unsigned char n； n +;If(n=20) /200msadc_time=1;

11、 /adc轉(zhuǎn)換 Saomiao_time=1; /掃描PD口按鍵 xianshi_time=1; /顯示數(shù)碼管 1.6.2子程序（1）ADC初始化函數(shù)Void adc_init(void) ADCSRA=0x00; / ADCSRA ADC控制和狀態(tài)寄存器ADMAX=0x20; /選擇外部參考電壓，通道0，左對齊ADCSRA=0xE2;SFIOR=0Xa0; / SFIOR-特殊功能IO寄存器，定時器1比較匹配B(2)ADC轉(zhuǎn)換程序Void adc(void) static unsigned char n;while(!(ADCSRA&(1<<ADIF); /等待轉(zhuǎn)換完成A

12、DH=ADCH; /8位轉(zhuǎn)換If(n<5) Value_adcn+=ADH;Else n =0; (3)算術(shù)平均值濾波子函數(shù)Void Char lp(void) Int sum=0;Char count;For (count=0;count<5;count+) sum+=Value_adccount; /獲取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，計算相加Delay(); vadc=sum/5;(4)定時器初始化函數(shù)Void T1_init(void) /初始化定時器，產(chǎn)生10ms周期中斷OCR1A=1249;TIMSK|=(1<<OCIEA);TCCR1A=0x00;TCCR1B=0x08;

13、 /定時器工作在CTC計數(shù)器模式TCCR1B|=0x02; / 設(shè)定定時器1的分頻值為8分頻（5）顯示LED燈子程序Void LED(void) if(LED0=1) PORTB=0x01; If(LED1=1) PORTB|=1<<1;If(LED2=1) PORTB|=1<<2;If(LED3=1) PORTB|=1<<3;(6)定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序 #pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 /定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序 static unsigned char n； n +;

14、If(n=20) /200msadc_time=1; /adc轉(zhuǎn)換 Saomiao_time=1; /掃描PD口按鍵 xianshi_time=1; /顯示數(shù)碼管 (7) SPI初始化Void SPI_init(void)SPDR=(1<<6)|(1<<4)|(1<<5)|(1<<1)|(1<<0); /使能SPI主機模式，設(shè)置時鐘速率為fck/128（8）引腳初始化函數(shù)Void port_init(void) /引腳初始化函數(shù)PORTA=0x80; /AD通道PA0口輸入模擬信號DDRA=0x80;PORTB=0xff; /PB輸出

15、 LED燈DDRB=0xff;PORTC=0xff; /PC輸出 數(shù)碼管DDRC=0xff;PORTD=0x00; /PD口輸入按鈕信號DDRD=0x00;（9）系統(tǒng)初始化函數(shù)Void init_devices(void) /系統(tǒng)初始化CLI(); port_init(); adc_init;T1_init;SPI_init;SEI();（10）掃描子程序Void saomiao1(void) unsigned int i;Static unsigned int j,m,k; If(j=0)if (PIND|=0xFE) /判斷PD0引腳 功能鍵 for (i=0;i<<2000;

16、i+);if (PIND|=0xFE) while(PIND|=0xFE);j+=1;if(j>3)j=0;else saomiao2();shuju();if(j=1) / LED燈亮LED1=1;data3=data2; /設(shè)定并存放報警上限值Else if(j=2)LED2=1; data4=data2; /設(shè)定并存放報警下限值 Else if(j=3)ED3=1; data5=data2; /設(shè)定并存放給定值（11）數(shù)碼管、按鈕子程序Void saomiao2(void) /選擇數(shù)碼管 按鈕 unsigned int p; if(m=0)if (PIND|=0xFD) /判斷PD

17、1引腳 for (p=0;p<<2000;p+);if (PIND|=0xFD) while(PIND|=0xFD);m+=1;if(m>4)m=0; else saomiao3();（12）判斷數(shù)據(jù)增減子程序Void saomiao3(void) /判斷數(shù)據(jù)增減 unsigned int q; If(0<k<9)if (PIND|=0xFB) /判斷PD2引腳 for (q=0;q<<2000;q+);if (PIND|=0xFB) while(PIND|=0xFB);k+=1；if (PIND|=0xF7) /判斷PD3引腳 for (q=0;q&

18、lt;<2000;q+);if (PIND|=0Xf7) while(PIND|=0xF7);k-=1; Else k=0; （13）數(shù)據(jù)設(shè)定存放子程序Void shuju(void)If(m=1)data2+=k;if(m=2)data2+=1<<4;if(m=3)data2+=1<<8;if(m=4)data2+=1<<12;（14）向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)void xianshi(unsigned char X) /向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)unsigned char i; for(i=8;i>=1;i-)if (X&0x80)

19、PORTC.5=1; else PORTC.5=0; /先輸出低位X<<=1;PORTC.7 = 0;PORTC.7 = 1;（15）顯示數(shù)碼管子程序void spihc595 (void) /顯示子程序unsigned char i; data0=var; /顯示測量值 data1=data4; /顯示給定值定值 if(LED1=1)data1=data2; /顯示報警上限值if(LED2=1)data1=data3; /顯示報警下限值xs0= data1/1000%10;xs1= data1/100%10;xs2= data1/10%10;xs3=data1%10;xs4= data0/1000%10;xs5= data0/100%10;xs6= data0/10%10;xs7=data0%10;xianshi(weizhii); /位輸出xianshi(dispxsi); /段輸出 PORTC.6 = 0;