基于單片機的熱電偶溫度測試儀

1、 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書基于熱電偶的溫度測試儀設(shè)計摘 要：基于熱電偶的溫度測試儀，該儀器是以AT89C51單片機為核心，采用熱電偶冷端補償專用芯片max6675K對K型熱電偶進行冷端補償并對來自K型熱電偶的T-和T+端的輸入信號進行放大、AD轉(zhuǎn)換以及數(shù)字化處理最后經(jīng)過spi串口傳送給單片機，經(jīng)單片機運算處理，轉(zhuǎn)換成ROM地址，再通過二次查表法計算出實際溫度值并調(diào)用相關(guān)的程序?qū)⒋藴囟戎邓徒o4位共陽極LED數(shù)碼管顯示或超量程報警。該熱電偶測溫儀的軟件用C語言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵詞：熱電偶，冷端溫度補償，89C51單片機，max6675，數(shù)碼管顯示Abstract:Based on the

2、rmocouple temperature measurement instrument, the instrument is AT89C51 SCM as the core, the compensation of thermocouple dedicated chip max6675K of K type thermocouple cold junction compensation and from the K type thermocouple of T- and T+ input signal amplification, AD conversion and digital proc

3、essing at last through the SPI serial transmitted to SCM the single chip computer, processing, conversion into ROM address, and then through a two look-up table method to calculate the actual temperature value and call procedures related to the temperature value to a total of 4 anode LED digital tub

4、e display or overrange alarm. The thermocouple temperature measurement instrument software using C language, uses the modular structure design.Key words: thermocouple cold end temperature compensation, single-chip computer, 89C51, MAX6675, digital tube display24目錄1 前言12 整體方案設(shè)計32.1 方案論證32.2 方案比較43單元模

5、塊設(shè)計53.1 單片機控制電路模塊53.2 溫度采集轉(zhuǎn)換電路模塊73.2.1 K型熱電偶73.2.2 具有冷端補償?shù)臄?shù)字溫度轉(zhuǎn)換芯片MAX667583.3 顯示電路模塊103.4 報警電路模塊124軟件設(shè)計134.1主程序設(shè)計135系統(tǒng)技術(shù)指標及精度和誤差分析145.1系統(tǒng)仿真結(jié)果145.2 誤差分析146 結(jié)論167 致謝178 參考文獻18附錄1電路原理圖19附錄2源程序代碼201 前言 溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)，對溫度的測量在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機械制造和食品加工、國防、科研等領(lǐng)域中有廣泛地應(yīng)用。在某些特殊的場合對溫度的檢測速度有很高的要求，例如：在測量汽車發(fā)動機吸入空

6、氣的溫度的時候，就要求熱響應(yīng)時間小于1s；航天飛機的主發(fā)動機的溫度測量要求0.4s 內(nèi)完成等。因此針對以上問題就有人提出溫度快速測量的思想。通常用來測量溫度的傳感器有熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻、熱電偶、半導(dǎo)體溫度傳感器等幾種。這些常用溫度傳感器一般的溫度測量中可以滿足響應(yīng)速度的問題。工業(yè)常用的精度較高的溫度傳感器有鉑熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等。鉑熱電阻具有溫度溫度測量時至少要幾秒鐘。所以用溫度傳感器一般都存在著對氣體溫度變化響應(yīng)較慢的問題。在對溫度實時性測量要求比較高的系統(tǒng)，運用常用溫度測量方法很難測量范圍大、重復(fù)性好、精度高等特點，但是響應(yīng)不是很快，特別是在對氣體做到對溫度的快速測量，對系統(tǒng)

7、的精度影響就很大。在工業(yè)過程控制與生產(chǎn)制造領(lǐng)域普遍使用具有較高測溫精度及測溫范圍的熱電偶做測溫元件。在工業(yè)標準熱電偶中,K型(鎳鉻-鎳硅)熱電偶由于具有價格低廉、輸出熱電勢值較大、熱電勢與溫度的線性關(guān)系好、化學(xué)穩(wěn)定性好、復(fù)制性好、可在1000下長期使用等特點,因而是工業(yè)生產(chǎn)制造部門應(yīng)用最廣泛的熱電偶元件。但是將熱電偶應(yīng)用在基于單片機的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域時，卻存在著以下幾方面的問題2。非線性：熱電偶輸出熱電勢與溫度之間的關(guān)系為非線性關(guān)系,因此在應(yīng)用時必須進行線性化處理。冷端補償:熱電偶輸出的熱電勢為冷端保持為0時與測量端的電勢差值，而在實際應(yīng)用中冷端的溫度是隨著環(huán)境溫度而變化的，故需進行冷端補償。數(shù)

8、字化輸出：與嵌入式系統(tǒng)接口必然要采用數(shù)字化輸出及數(shù)字化接口，而作為模擬小信號測溫元件的熱電偶顯然無法直接滿足這個要求。在許多熱工實驗中，往往面臨熱電偶冷端溫度問題,不管是采用恒溫補償法(冰點補償法)還是電橋補償法,都會帶來實驗費用較高、實際的檢測系統(tǒng)較復(fù)雜.難以達到實時測量、接口轉(zhuǎn)換電路復(fù)雜等問題,而隨著計算機測控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域的普遍應(yīng)用,溫度參數(shù)的微機化測量與控制已成為必然趨勢。因此我們必須解決對熱電偶測量信號的放大調(diào)理、非線性校正、冷端補償、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸出接口等一系列復(fù)雜的問題,以及解決模擬與數(shù)字電路硬件設(shè)計過程和建表、查表、插值運算等復(fù)雜的軟件編制過程,以達到使電路簡化,成本

9、減少,增加系統(tǒng)可靠性的目的。鑒于上面的分析,本論文主要任務(wù)是設(shè)計一種基于高精度K型熱電偶傳感器的快速測溫系統(tǒng)。采用帶有冷端補償?shù)臏囟绒D(zhuǎn)換芯片MAX6675、K型熱電偶、89C51單片機、數(shù)碼管等元器件設(shè)計出相應(yīng)溫度采集電路、溫度轉(zhuǎn)換電路、溫度控制電路、超量程報警電路、數(shù)碼管顯示電路。系統(tǒng)用單片機對帶有冷端補償?shù)臏囟绒D(zhuǎn)換芯片MAX6675進行控制,要達到任務(wù)書中的技術(shù)指標，并對系統(tǒng)進行protuse的調(diào)試和仿真試驗，使其具有良好的實用性能，能夠?qū)崿F(xiàn)對固提表面、液體和氣體溫度的高精度快速測量。2 整體方案設(shè)計熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不

10、變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將影響測量的準確性。在冷端采取一定措施進行補償以消冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償。2.1 方案論證設(shè)計中采用了兩個方案，具體的方案見方案一和方案二。方案一：分立元氣件冷端補償方案該方案的熱電偶冷端溫度補償器件是由分立元件構(gòu)成的,其體積大,使用不夠方便,而且在改變橋路電源或熱電偶類型時需要重新調(diào)整電路的元件值。主要包括溫度采集電路、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、熱電偶冷端補償電路、數(shù)碼管顯示電路等。其系統(tǒng)框圖如圖2.1。AD590冷端補償電路模塊單片機模塊熱電偶轉(zhuǎn)換和放大電路模塊分時模數(shù)轉(zhuǎn)換LED顯示模塊

11、熱端冷端圖2.1分立元氣件冷端補償方案二：集成電路溫度補償方案采用熱電偶冷端補償專用芯片max6675，max6675溫度轉(zhuǎn)換芯片具有冷端溫度補償及對溫度進行數(shù)字化測量這兩項功能5。一方面利用內(nèi)置溫度敏感二極管將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換成補償電壓，另一方面又通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將熱電勢和補償電壓轉(zhuǎn)換為代表溫度的數(shù)字量, 將二者相加后從串行接口輸出測量結(jié)果，即為實際溫度數(shù)據(jù)。主要包括溫度采集電路、max6675溫度轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼管顯示電路等。其系統(tǒng)框圖如圖2.2。熱電偶MAX6675單片機LED數(shù)碼顯示圖2.2 集成電路溫度補償2.2 方案比較綜合對比以上兩種方案，方案一電路復(fù)雜，且測量不精確照成誤差較大，方案二

12、采用集成溫度轉(zhuǎn)換芯片不僅能很好的解決冷端溫度補償及溫度數(shù)值化問題，并消除由熱電偶非線性而造成的測量誤差,且精確度高，可實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。故最后采用方案二。3單元模塊設(shè)計本系統(tǒng)硬件主要由熱電偶溫度采集電路、MAX6675溫度處理電路、89C51單片機控制電路、超量程報警電路和數(shù)碼管顯示電路組成。熱電偶采用分度號為K的熱電偶，為了減少外界信號的干擾通過雙絞線跟MAX6675芯片直接相連接。MAX6675芯片通過SPI串行接口傳輸數(shù)據(jù)，采用的89C51單片機對帶有冷端補償?shù)臏囟绒D(zhuǎn)換芯片MAX6675進行控制。本系統(tǒng)設(shè)計還具有報警的特點，當所測量的溫度低于零攝氏度或者高于400攝氏度時報警電路發(fā)出警

13、報。顯示電路由89C51單片機通過鎖存器對四位共陽數(shù)碼管控制，數(shù)碼管工作需要較大的電流采用型號為8550的PNP三極管進行控制，當所測溫度在規(guī)定范圍內(nèi)時就可以通過數(shù)碼管快速顯示出來。3.1單片機控制電路模塊MCU是整個系統(tǒng)的控制核心，由于溫度測量系統(tǒng)的接口方便，綜合考慮整個系統(tǒng)，選用美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51型單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，其外觀引腳如圖3-1所示：圖3-1AT89C51外觀引腳圖AT89C5

14、1提供以下標準功能12：4k字節(jié)的flash閃速存儲器，可以反復(fù)擦除100次，128字節(jié)內(nèi)部RAM，4個8位并行I/O口，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式、空閑方式停止CPU工作，但允許RAM，定時/技術(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作指導(dǎo)下一個硬件復(fù)位。AT89C51共有4個雙向的8位并行I/O端口，分別為P0P3，共有32根口線，端口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。P

15、0P3的端口寄存器屬于特殊功能寄存器系列。這四個端口除了可以按字節(jié)尋址外還可以位尋址。其中P0口為漏極開路作為輸出使用時應(yīng)外加上拉電阻，P3口既可以做為普通I/O口使用，還可以作為特定的功能引腳。雖然51單片機只有一個串口接口，但其I/O口既可以用字節(jié)尋址也可以位尋址，這樣在實際應(yīng)用中，我們就可以通過模擬不同總線的時序特征來實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳輸。AT89C51單片機內(nèi)部有一個功能強大的全雙工的一部通信串口。其串行口有四種工作方式：分別為同步通信方式、8位異步收發(fā)、9位異步收發(fā)（特定波特率）、9位異步收發(fā)（定時器控制波特率）。它有兩個物理上獨立接收發(fā)送緩沖器SBUF，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。波特率可

16、由軟件設(shè)置片內(nèi)的定時器來控制，而且每當串行口接收或發(fā)送1B完畢，均可發(fā)出中斷請求。本文控制電路選用AT89C51對其外圍電路進行控制，其接口電路如圖3-1。由于AT89C51不具備SPI總線接口,設(shè)計中采用模擬SPI總線的方法實現(xiàn)與MAX6675的接口。其中P1.0 模擬SPI的數(shù)據(jù)輸入端與SO相連,P1.1模擬SPI的串行時鐘信號與SCK相連,P1.2 模擬SPI 的從機選擇端與CS相連,電路中主機為AT89C51,從機為MAX6675。單片機的P2.0用來控制系統(tǒng)的超量程報警。單片機的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7和P0口分別通過相應(yīng)的電路對數(shù)碼管的位碼和段碼驚醒控制。系統(tǒng)通過AT

17、89C51的P1.1 給MAX6675 發(fā)送串行時鐘，P1.0 用來接收MAX6675輸出的串行溫度數(shù)據(jù),P1.2輸出的低電平將MAX6675的置零,用于選通MAX6675 工作。系統(tǒng)配有4位數(shù)碼管顯示,小數(shù)點設(shè)在十位后邊,可測溫度為0400,分辨率達到0.25。圖3-1單片機控制電路3.2溫度采集轉(zhuǎn)換電路模塊溫度采集電路模塊包括K型熱電偶和max6675所組成的電路模塊，其電路原理圖如圖3-2所示，熱電偶的功能是檢測熱、冷兩端溫度的差值，熱電偶熱節(jié)點溫度可在0+l023.75范圍變化。冷端即安裝MAX6675的電路板周圍溫度，此溫度在-20+85范圍內(nèi)變化。當冷端溫度波動時，MAX6675仍

18、能精確檢測熱端的溫度變化。MAX6675是通過冷端補償檢測和校正周圍溫度變化的。該器件可將周圍溫度通過內(nèi)部的溫度檢測二極管轉(zhuǎn)換為溫度補償電壓，為了產(chǎn)生實際熱電偶溫度測量值，MAX6675從熱電偶的輸出和檢測二極管的輸出測量電壓。該器件內(nèi)部電路將二極管電壓和熱電偶電壓送到ADC中轉(zhuǎn)換，以計算熱電偶的熱端溫度。當熱電偶的冷端與芯片溫度相等時，MAX6675可獲得最佳的測量精度。因此在實際測溫應(yīng)用時，應(yīng)盡量避免在MAX6675附近放置發(fā)熱器件或元件，因為這樣會造成冷端誤差。圖3-2溫度采集轉(zhuǎn)換電路原理圖3.2.1 K型熱電偶K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器

19、配套使用，其外觀如圖3-3所示。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0到1300范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。圖3-3 K型熱電偶鎳鉻-偶（K）型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.24.0mm。正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=92：12，負極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni：Si=99：3，其使用溫度為-2001300。K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和

20、真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛.K型熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。必須配和二次儀表使用其優(yōu)點是：測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800（如鎢-錸）。構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。熱電偶作為一種主要的測溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點14。但是，熱電偶的應(yīng)用卻存在著非線性、冷端補償、數(shù)字化輸出等幾方面的問題。設(shè)計中采用的MAX

21、6675是一個集成了熱電偶放大器、冷端補償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器。K型熱電偶的兩端分別跟MAX6675芯片的T-跟T+相連，為了允許熱電偶斷路檢測，T-引腳必須接地。MAX6675的測量精度對電源耦合噪聲較敏感。為降低電源噪聲影響，在MAX6675的電源引腳附近接入1只0.1F陶瓷旁路電容。溫度由熱電偶采集，然后將數(shù)據(jù)直接送給冷端補償芯片MAX6675芯片進行處理，處理后送給單片機控制電路，完成簡單的溫度采集過程。3.2.2具有冷端補償?shù)臄?shù)字溫度轉(zhuǎn)換芯片MAX6675MAX6675是美國Maxin公司生產(chǎn)的基于SPI總線的專用芯片9，不僅能對K型熱電偶進行冷端補償

22、，還能對熱電勢信號作數(shù)字處理，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、儀器儀表、自動化領(lǐng)域等。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-4所示。圖3-4 MAX6675內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖MAX6675的主要特性如下：簡單的SPI串行口溫度值輸出。0+l024的測溫范圍。12位0.25的分辨率。片內(nèi)冷端補償。高阻抗差動輸入。熱電偶斷線檢測。單一+5V的電源電壓.低功耗特性。工作溫度范圍-20+85。2000V的ESD保護。該器件采用8引腳50貼片封裝。其外觀引腳如圖3-5所示，引腳功能如表3-6所示。圖3-5 max6675外觀及引腳排列表3-6max6675引腳功能引腳名稱功能1GND接地端2T-K型熱電偶負極3T

23、+K型熱電偶正極4VCC正電源端5SCK串行時鐘輸入6CS片選端，CS為低、啟動串行接口7SO串行數(shù)據(jù)輸出8N.C.空引腳MAX6675內(nèi)部具有將熱電偶信號轉(zhuǎn)換為與ADC輸入通道兼容電壓的信號調(diào)節(jié)放大器，T+和T-輸入端連接到低噪聲放大器A1，以保證檢測輸入的高精度，同時使熱電偶連接導(dǎo)線與干擾源隔離。熱電偶輸出的熱電勢經(jīng)低噪聲放大器A1放大，再經(jīng)過A2電壓跟隨器緩沖后，被送至ADC的輸入端。在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相等價的溫度值之前，它需要對熱電偶的冷端溫度進行補償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0實際參考值之間的差值。對于K型熱電偶，電壓變化率為41V/，電壓可由線性公式Vout=(41V

24、/)×(tR-tAMB)來近似熱電偶的特性。上式中，Vout為熱電偶輸出電壓（mV），tR是測量點溫度；tAMB是周圍溫度。3.3 顯示電路模塊LED顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件，是由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個或一個筆畫發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，這就能顯示出不同字符。點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。所謂靜態(tài)顯示就是顯示器在顯示某個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。這種顯示方式每個顯示器都需要一個8位輸出口控制，需要硬件多，適用于顯示位數(shù)較少的場合。當顯示位數(shù)較多時采用動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各位顯示器，對于每位顯

25、示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的點亮和點亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，還與點亮?xí)r間和間隔時間有關(guān)，調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。本設(shè)計使用的是一個四位共陽數(shù)碼管，當89C51單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接74LS245等總線驅(qū)動器。本文溫度顯示電路設(shè)計是由一個4位共陽數(shù)碼管通過三態(tài)雙向總線收發(fā)器芯片74LS245跟單片機相連接，其電路如圖3-7所示。其中74LS245的片選跟三態(tài)控制引腳接地，數(shù)據(jù)由單片機向數(shù)碼管傳輸。數(shù)碼管的位的選擇通過8550三級管進行控制，三級管基極通過限流電阻跟單片機的I/O口相連接，當端口為高電平時，三極管截止，當給端口為低

26、電平時三極管導(dǎo)通，數(shù)碼管相應(yīng)的位被選中。這樣可方便地對數(shù)碼管每一位進行單獨控制。R3-R10為限流電阻。三極管飽和開通時，集電極發(fā)射極之間電壓取0.5V，數(shù)碼管的壓降取2V，數(shù)碼管的工作電流取5mA15mA。則限流電阻可這樣計算獲得： （3-9）把數(shù)據(jù)帶入式子（3-9）得可取值170500現(xiàn)取。為保證三極管可靠開通關(guān)斷，且要求數(shù)碼管的亮度適量較高，基極電阻 R11-R14 可適量取小值，本設(shè)計取基極電阻為470。圖3-7數(shù)碼管顯示電路3.4 報警電路模塊蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出

27、的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。超量程報警電路如圖3-8所示。蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發(fā)射極e，三極管的基級b經(jīng)過限流電阻R17后由單片機的P2.0引腳控制，當P2.0輸出高電平時，三極管Q6截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當P2.0輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P2.0引腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。三級管基極電流ib為1mA-5mA時就足夠進入開關(guān)狀態(tài)了，三極管導(dǎo)通時蜂鳴器跟三極管分壓很小，電阻R17兩端分壓約為5V，三級管放大倍數(shù)為100左右，流過

28、三級管CE的電流ic約為500mA左右這足夠三極管飽和導(dǎo)通的條件，所以R17的阻值選用1K比較合理。圖3-8報警電路原理圖4軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包含主程序、溫度采集轉(zhuǎn)換子程序、超量程報警子程序、顯示子程序等功能模塊。其程序總流程圖如4-1所示。主程序主要完成子程序的調(diào)用，并對溫度數(shù)據(jù)進行快速的算法處理；溫度采集轉(zhuǎn)換子程序負責(zé)將MAX6675 轉(zhuǎn)換來的溫度數(shù)字量讀入單片機并完成溫度值的處理得到12位數(shù)字溫度值；超量成報警子程序主要判斷溫度值是否超出測量范圍；顯示子程序主要將計算后的溫度值進行顯示。4.1主程序設(shè)計主程序主要完成子程序的調(diào)用，并對溫度數(shù)據(jù)進行快速的算法處理。主程序首先對系統(tǒng)進行

29、初始化處理，然后調(diào)用一次溫度采集轉(zhuǎn)換程序，之后根據(jù)計算原理得到測量溫度值，最后對溫度值進行量程判斷、數(shù)據(jù)顯示處理。開始系統(tǒng)初始化調(diào)用采集轉(zhuǎn)換子程序計算溫度值超量程？調(diào)用顯示子程序調(diào)用報警子程序是否 圖4-1主程序流程5系統(tǒng)技術(shù)指標及精度和誤差分析隨著各種高精度傳感器的應(yīng)用與普及，這一技術(shù)在科學(xué)研究，生產(chǎn)過程等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類步入信息社會的今天，人們對信息的提取，處理，傳輸以及綜合利用等要求愈加5.1系統(tǒng)仿真結(jié)果根據(jù)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計跟軟件設(shè)計，本文對系統(tǒng)做了一些簡單的仿真測試，簡化了基本原理圖達到了預(yù)期的效果。其仿真效果圖如5-1，所示。圖5-1 溫度為22仿真圖5.2誤差分

30、析在系統(tǒng)設(shè)計過程中難免會有誤差，雖不能絕對地消除，但我們可以盡量將他們減小到最低程度。由于環(huán)境溫度的變化，熱電偶的冷端隨時可能發(fā)生變化，然而該系統(tǒng)存在一定的熱響應(yīng)時間，所以環(huán)境溫度的快速變化可能帶來冷端補償造成的一系列的誤差問題，而且器件的參數(shù)也存在一定的誤差，之后在放大、AD轉(zhuǎn)換、和數(shù)字量化的轉(zhuǎn)換過程中也會因為熱噪聲或其他的干擾源帶來轉(zhuǎn)換的誤差，其中的熱響應(yīng)時間會造成測量的溫度是前一刻短暫時間的瞬時溫度，在實際測溫應(yīng)用時，應(yīng)盡量避免在MAX6675附近放置發(fā)熱器件或元件，因為這樣會造成冷端誤差。熱電偶系統(tǒng)的測量精度可通過以下預(yù)防措施來提高：盡量采用不能從測量區(qū)域散熱的大截面導(dǎo)線；如必須用小截

31、面導(dǎo)線，則只能應(yīng)用在測量區(qū)域，并且在無溫度變化率區(qū)域用擴展導(dǎo)線；避免受能拉緊導(dǎo)線的機械擠壓和振動；當熱電偶距離較遠時，應(yīng)采用雙絞線作熱電偶連線；在溫度額定值范圍內(nèi)使用熱電偶導(dǎo)線；避免急劇溫度變化；在惡劣環(huán)境中，使用合適的保護套以保證熱電偶導(dǎo)線；僅在低溫和小變化率區(qū)域使用擴展導(dǎo)線；保持熱電偶電阻的事件記錄和連續(xù)記錄。6 結(jié)論本文主要介紹了基于熱電偶溫度傳感器的快速測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合考慮到熱電偶的熱惰性時間常數(shù)問題，采用快速測溫算法實現(xiàn)了溫度快速測量的功能。本文對系統(tǒng)原理進行了簡單的概述，著重分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案跟軟件設(shè)計方案。最后對系統(tǒng)進行了仿真實驗，很好的完成了設(shè)計要求。本文主要采用K型

32、熱電偶、K型熱電偶專用數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片MAX6675、AT89C51單片機進行了相關(guān)設(shè)計。MAX6675將熱電偶測溫應(yīng)用時復(fù)雜的線性化、冷端補償及數(shù)字化輸出等問題集中在一個芯片上解決，簡化了將熱電偶測溫方案應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域時復(fù)雜的軟硬件設(shè)計，因而該器件是將熱電偶測溫方案應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的理想選擇。根據(jù)快速算法的原理通過AT89C51單片機軟件編程實現(xiàn)了溫度的快速測量。畢業(yè)設(shè)計是我們在大學(xué)期間的最后一門課程，也是能將大學(xué)期間最重要的幾門理論課聯(lián)系實際的課程，由此可知畢業(yè)設(shè)計的重要性。在路立平路老師的精心指導(dǎo)和其他同學(xué)的幫助下，經(jīng)歷三個多月的努力和實踐，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計，并在此次畢業(yè)設(shè)計的

33、實踐中獲益良多。此次畢業(yè)設(shè)計讓我們有機會將大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)課程與實際的實踐緊密聯(lián)系起來，加深了我們對理論知識的理解和掌握，開闊了我們的視野，最重要的是鍛煉了我們勤于思考問題的能力，熟練使用電腦辦公軟件的能力，獨立查閱資料的能力，分析問題與解決問題的能力，以及操作專業(yè)軟件的能力，讓我們基本具備了一個工程技術(shù)人員應(yīng)有的基本素養(yǎng)。通過本學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計鞏固了我們的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新意識，以及集體協(xié)作等多方面的綜合素質(zhì)。這些都將會在我們將來的工作和學(xué)習(xí)當中受益匪淺。 然而，由于基礎(chǔ)知識的掌握還不夠牢靠，準備的時間不夠充分等原因。我在設(shè)計的實用性方面還存在不足之處，還有很多不盡人意的地方。希望在

34、將來工作實踐當中，進一步提高自己、完善自己。7 致謝不知不覺，大學(xué)的四年將要過去，在這四年中，我在電子這個大集體中，感到非常的開心。我們在一起工作，一起學(xué)習(xí)，一同進步。我們共同度過了難忘的四年，感謝我們班的每一位同學(xué)，每一位朋友，你們陪我度過了人生中的大學(xué)時光。我非常感謝我的母校給了我們相聚的機會，同時也感謝母校在這四年里給予了我良好的教育和培養(yǎng)。在做畢業(yè)設(shè)計的這兩周，不論是理論知識，還是實踐動手能力，我都收獲頗多，這些都離不開老師、同學(xué)、朋友的悉心幫助與支持，在這里對大家表示最真誠的謝意。首先，我要感謝楊帆老師，本次設(shè)計是在他的細心指導(dǎo)下才順利完成的。我在該設(shè)計中遇到的問題都在老師不辭辛苦的

35、講解下才會進行得如此的順利。從設(shè)計的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計的修改的整個過程中，花費了楊老師很多的寶貴時間和精力，在此向老師表示衷心地感謝！楊老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進取的精神和高度的責(zé)任心都將使我受益終生！同時，還要感謝一直在身旁幫助我一同設(shè)計的幾位同學(xué)，是你們在設(shè)計中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地完成，在此表示深深的謝意。再者，就是我的室友們，我們一起生活了四年，我很開心遇到你們，并和你們一起生活。在這四年，你們給與我了溫暖與快樂，我祝福你們。最后，我感謝我的父母，他們的理解與支持，都是我人生中前進的莫

36、大動力。在此表示衷心的感謝。8 參考文獻1 程德福，王君，凌振寶，等.傳感器原理及應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社，2007.103143.2 河道清.傳感器與傳感器技術(shù)M.北京：科學(xué)出版社，2004.188201.3 路立平,馮建勤,鹿曉力.溫度傳感器的熱時間常數(shù)及其測試方法J.儀器儀表傳感器，2005：17-184 丁來玲,王磊.動態(tài)溫度測量加速方法研究J.測控技術(shù)，1998，6：42-44.5 虞致國,徐健軍.MAX6675的原理及應(yīng)用J.國外電子元器件，2002,(12)：41-43.6 沙占友.集成化智能傳感器原理與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2004.7096.7 馬天艷，馬天虹.熱

37、電偶測溫及其冷端溫度補償J.工業(yè)計量,2005,15(6):31-32.8 王霄實現(xiàn)熱電偶電勢非線性補償?shù)能浖椒↗耐火材料，1998，32(2)：36-38 9 韓玉杰.基于MAX6675的烘爐溫度追蹤儀的研究及設(shè)計J.自動化儀表,2006, 27( 5):59- 61.10 R.Budwi. A new method for in situ dynamic calibration of temperature sensorJ. Signal Processing,1987,3:23-26.11 Chohan R.K. Response time correlation for indust

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39、ion of temperature sensorJ.Signal Processing ,1987,3:23-26.17 李秀芬.溫度傳感器時間常數(shù)測試數(shù)據(jù)的處理方法J.宇航計測技術(shù)，2001,9:60-61.18 Childs P.R.N., Greenwood J.R. Review of temperature measurement J. Review of Scientific Instrument, 2000, 71(8):2959-2969.19 黃亮，郝曉劍.熱電偶時間常數(shù)測量研究J.傳感器世界，2006,9:20-23.20 Kerry Lacanette.Using IC

40、 Temperature Sensors to protect Electronic SystemsM. Sensors Magazine,1997,1:13-15. 附錄1電路原理圖附錄2源程序代碼#include "reg52.h"/頭文件#include "absacc.h"#include "math.h"#define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned int#define dm P0#define wm P2sbit S0=P10;sbit SCK=P11;sbit CS=P12;sbit beep=P20;sbit Work_Stop=P13;uint Re_Convert (void); /溫度轉(zhuǎn)換void Disp_temp(void); /溫度顯示void Baojing(void); /超量程報警void delay(uint t);/延時函數(shù)uchar qian=0,bai=0,shi=0,ge=0,xiao=0;uint P_Temp;float t1,t2,t3,wendu;uchar code tab1=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;