基于单片机与PC的K型热电偶串口通信与PID控制.docVIP

武汉理工大学华夏学院 信息工程课程设计报告书 课 程 名 称 计算机测控技术 课程设计总评成绩 学生姓名、学 号 学 生 专 业 班级 指 导 教 师 姓名 课程设计起止日期 2011.12.26—2011.12.31 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 基于单片机与PC的K型热电偶串口通信与PID控制 初始条件： 运用所学的单片机原理及应用知识； 单片机原理及应用实验设备。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 设计相应的K型热电偶的温度传感器采集电路，使用汇编语言实现功能：； ；序号 阶 段 内 容 所需时间 1 设计思路、原理电路设计 2 编程3 3 撰写课程设计报告 合 计 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日  课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力报告报告报告报告报告报告报告使用汇编语言实现功能：； 热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 　　组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 　　两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 　 　 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； 　　保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽、测温精度高等特点。但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统领域时，①非线性：热电偶输出热电势与温度之间的关系为非线性关系，因此在应用时必须进行线性化处理。②冷补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0℃时与测量端的电势差值，而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需进行冷端补偿。③数字化输出：与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足个要求。因此，若将热电偶应用于嵌入式系统时，须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性线、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。 式中，Tj是第j个回路控制程序的执行时间。 三、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图 ) 1 可行性方案选择 方案一：采用以8051系列的AT89C2051单片机为核心开发K型热电偶的系统 热电偶传感器采集到温度信号传送给信号处理模块，信号处理由Max6675单芯片构成，它是由一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。它与单片机通信读出温度值，经过线性化处理后发给显示电路显示，显示电路是由数码管组成的。 方案二：采用K型热电偶数字转换器 本设计使用了MAX6675单片机K型热电偶数字转换器，已完成将热电偶输出的mV级热电势转换为可与单片机连接的数字信号任务。该器件将热电偶数字转换所需的热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换及数字量输出的SPI串行接口全部集成在一个芯片内而无需使用任何外围的元件。 方案三：采用K型热电偶的A/D转换器 MAX6675是可编程的K型热电偶A/D转换器，可以使用C汇编程序完成。MAX6675的输出数据为16位，其中D15始终无用且一直为零，D14～D3对应于热电偶模拟输入电压的数字转换量，D2用于检测热电偶是否断线（D2为1表明热电偶断开），D1为MAX6675的标识符，D0为三态。其转换结果与对应温度值具有较好的线性关系：温度值＝1023.75 转换后的十进制数/4096。 最佳方案：方案一 图1系统框图 1 . K型热电偶的结构及特点 K型热电偶是一种感温元件K 型（镍铬 - 镍硅）WRN 系列, 它把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路 , 当两端存在温度梯度时 , 回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在 Seebeck 电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端