热电偶测温系统设计讲解.doc

任务书 课程 传感器课程设计 题目 热电偶测温系统设计 主要内容： 本系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器和高精度数/模转换器，分别实现对热电偶电动势的采样、放大、AD 转换和对线性化处理的数据转换，并在程序中采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。 基本要求： 1、按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较； 2、利用热电偶和单片机等设计一种热电偶测温系统电路。 3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。 主要参考资料： [1]崔志尚.温度计量与测试[M].北京：中国计量出版社，1998． [2]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京: 电子工业出版社，2007. [3]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京: 高等教育出版社，2006. [4]刘华东.单??机原理与应用[M].北京: 电子工业出版社，2006. 完成期限 指导教师 专业负责人 2016年 5 月 7 日 传感器课程设计 摘 要 在现代化的工业现场, 常用热电偶测试高温,测试结果送至主控机。热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一，它具有构造简单、使用方便、准确度、热惯性小、稳定性及复现性好、温度测量范围宽等优点，适用于信号的远传、自动纪录和集中控制，在温度测量中占有重要地位。但由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系, 所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该测温系统通过高精度模/数转换器AD7705对热电偶电动势进行采样、放大, 并在单片机内采用一定算法实现对热电偶的线性化处理, 再通过数/模转换器AD421进行数/模转换产生4 mA~ 20mA的电流, 送入主控中心。 关键词：热电偶；线性化；AD转换；DA转换；单片机  目 录  TOC \o 1-2 \u 一、设计要求  PAGEREF _Toc361750390 \h 1 二、设计方案及其特点  PAGEREF _Toc361750391 \h 1 1、方案说明  PAGEREF _Toc361750392 \h 1 2、方案论证  PAGEREF _Toc361750393 \h 2 三、传感器工作原理  PAGEREF _Toc361750394 \h 2 四、电路的工作原理  PAGEREF _Toc361750395 \h 3 五、单元电路设计、参数计算和器件选择  PAGEREF _Toc361750396 \h 3 1、单元电路设计  PAGEREF _Toc361750397 \h 4 2、参数计算  PAGEREF _Toc361750398 \h 5 3、器件选择  PAGEREF _Toc361750399 \h 6 六、总结  PAGEREF _Toc361750400 \h 7 参考文献  PAGEREF _Toc361750401 \h 8 传感器课程设计  PAGE 6 热电偶测温系统设计 一、设计要求 以单片机为核心，进行对系统控制和线性化算法的运算，使A/D 转换精度更好；在算法处理上，使用最佳计算方法，使得线性化算法达到运算量小、处理速度快、占用内存小等要求，并使该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题。 二、设计方案及其特点 本设计是基于STC89C52单片机的硬件设计。对于系统可分为下面两种不同的设计方案： 1、方案说明 方案一：系统由Ｋ型热电偶和集成温度传感器AD590测量热端和冷端温度，采用USB采集卡实现信号采集并传输给计算机。根据热电偶中间温度定律[1]，编制软件采用查表和曲线拟合进行非线性校正及冷端补偿。利用LabVIEW的数据存储、读取、分析函数，实现温度趋势曲线和统计直方图的绘制[2]。本系统将滤波、非线性和冷端补偿等功能由软件实现，简化了电路设计，提高了系统的稳定性和测量精度，但成本较高。 放大 放大 AD590 USB数据 采集卡 计 算 机 热电偶 补偿导线 热端 冷端 图1 方案一原理框图 方案二：控制电路以单片机为中心，控制其他部分完成各自的功能。其中模/数转换部分采用16位高精度AD转化器AD7705，采用自校准，提高其抗干扰能力和精度；数/模转换部分采用高精度DA转换器AD421，在电路