基于单片机的数码管显示的K型热电偶温度计的设计与仿真论文.doc

基于单片机的数码管显示的K型热电偶温度计的设计与仿真毕业论文  目 录 摘　　要 I ABSTRACT II 第1章　绪论 1 第2章　系统原理概述 2 2.1 热电偶测温基本原理 2 2.2 热电偶冷端补偿方案 2 2.2.1　分立元气件冷端补偿方案 2 2.2.2　集成电路温度补偿方案 3 2.2.3　方案确定 4 2.3硬件组成原理 4 2.4软件系统工作流程 4 第3章 元件和软件介绍 6 3.1　单片机选择及最小系统 6 3.2 热电偶介绍 7 3.2.1　K型热电偶概述 7 3.3 数字温度转换芯片MAX6675简介 7 3.3.1　冷端补偿专用芯片MAX6675性能特点 8 3.3.2　冷端补偿专用芯片MAX6675温度变换 9 3.4 KEIL软件仿真软件介绍 9 3.5 PROTEUS硬件仿真软件介绍 10 第4章 程序设计及硬件仿真 11 4.1 数据的采集 11 4.2 数据传输部分 11 4.3 数据处理部分 14 4.3.1 数据转换 15 4.3.2 进制转换 17 4.4 显示部分程序及仿真 19 第5章　 系统仿真 23 结 论 25 参考文献 26 附　　录 27 致　　谢 34 第1章　绪论 　　温度是反映物体冷热状态的物理参数，对温度的测量在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工、国防、科研等领域中有广泛地应用。在某些特殊的场合对温度的检测速度有很高的要求，例如：在测量汽车发动机吸入空气的温度的时候，就要求热响应时间小于1s；航天飞机的主发动机的温度测量要求0.4s 内完成等。因此针对以上问题就有人提出温度快速测量的思想。 　　通常用来测量温度的传感器有热电阻温度传感器、热敏电阻、热电偶、半导体温度传感器等几种。这些常用温度传感器一般的温度测量中可以满足响应速度的问题。但在特殊的场合就不能达到快速检测的要求，例如在气体温度测量时候，由于温度传感器自身的热滞特性，而气体传热过程又比较缓慢，气体温度测量就有很大滞后。工业常用的精度较高的温度传感器有铂热电阻、半导体温度传感器等。铂热电阻具有温度测量范围大、重复性好、精度高等特点，但是响应不是很快，特别是在对气体温度测量时至少要几秒钟1]。所以用温度传感器一般都存在着对气体温度变化响应较慢的问题。在对温度实时性测量要求比较高的系统，运用常用温度测量方法很难做到对温度的快速测量，对系统的精度影响就很大。 　　但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统领域时，却存在着以下几方面的问题[2]。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冷端补偿: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无法直接满足这个要求。在许多热工实验中，往往面临热电偶冷端温度问题,不管是采用恒温补偿法(冰点补偿法)还是电桥补偿法,都会带来实验费用较高、实际的检测系统较复杂.难以达到实时测量、接口转换电路复杂等问题,而随着计算机测控技术在工业生产制造领域的普遍应用,温度参数的微机化测量与控制已成为必然趋势。因此我们必须解决对热电偶测量信号的放大调理、非线性校正、冷端补偿、模数转换、数字输出接口等一系列复杂的问题,以及解决模拟与数字电路硬件设计过程和建表、查表、插值运算等复杂的软件编制过程,以达到使电路简化,成本减少,增加系统可靠性的目的。 　　鉴于上面的分析,本论文主要任务是设计一种基于高精度K型热电偶传感器测温系统。采用带有冷端补偿的温度转换芯片MAX6675、K型热电偶、89C51单片机、数码管等元器件设计出相应温度采集电路、温度转换电路、数码管显示电路。系统用单片机对带有冷端补偿的温度转换芯片MAX6675进行控制,要达到任务书中的技术指标，并对系统进行protues的调试和仿真试验，使其具有良好的实用性能，能够实现对固体表面、液体和气体温度的高精度测量。 第2章　系统原理概述 2.1　热电偶测温基本原理 　　热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路[2]，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，温度较高的一端为工作端（热端），温度较低的一端为自由端（冷端），自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不