热电偶测温系统的设计.docVIP

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课程设计题目：热电偶测温系统的设计

课程设计内容提要

摘要：温度测量是测量领域最重要的功能之一，频繁应用于气象观测、环境研究、实验室以及其他各种生产过程。在特定条件下的产品制造与工业质量保持稳定方面，温度测量是基础且十分重要。因此，本文将描述工业领域温度测量中广泛使用的温度传感器热电偶及其冷端补偿等相关知识。

本设计是以热电偶传感器为基础的测温系统，经过单芯片来完成信号的放大、冷端补偿、线性化及数字化输出功能，大大简化了该系统的设计，它的输出温度范围为0—1024℃，单片机得到温度后，通过四位独立数码管显示出来。

关键词：单片机热电偶MAX6675

目录

TOC\o1-3\h\z\u1课程设计任务书 1

2概述 2

2.1系统组成框图 2

2.2MQ-2气体传感器原理及特性 2

3热电偶传感器测温系统的单元电路介绍 4

3.1单片机的介绍 4

3.2热电偶传感器选型及介绍 5

3.3信号处理模块分析 6

3.3.1Max6675工作原理 6

3.3.2热电偶传感器的性能分析 8

3.4系统显示电路介绍 9

3.4.174HC595的介绍 9

3.4.2数码管介绍 10

4基于热电偶传感器的硬件电路设计 11

4.1测温电路的设计 11

4.2显示电路的设计 11

5基于热电偶传感器测温系统的软件设计 13

5.1软件流程图 13

5.2C语言程序 13

5.3软件仿真 16

总结与展望 17

参考文献 18

1课程设计任务书

作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一——热电偶，与铂热电阻一起，约占整个温度传感器总量的60%，热电偶通常和显示仪表等配套使用，直接测量各种生产过程中-40～1800℃范围内的液体、蒸气和气体介质以及固体的表面温度。

本课题采用的是系统硬件原理框图如图1-1：

一、主要内容

利用热电偶传感器设计以8051系列的AT89C2051单片机为核心开发热电偶测温的系统。

二、基本要求

1．实现基本功能：测量、显示、存储、报警、通讯。

2．画出相应的测量电路及推导计算温度的公式。

3．选定所需元器件，写出型号规格。

4．完成3000字设计报告。

三、主要技术指标（或研究方法）

1．装置供电电压220V

2．测量温度范围：-20～800℃℃

3．性能可靠，操作简便。

4．明确提高精度和抗干扰能力的措施。

2概述

2.1系统组成框图

作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一——热电偶，与铂热电阻一起，约占整个温度传感器总量的60%，热电偶通常和显示仪表等配套使用，直接测量各种生产过程中-40～1800℃范围内的液体、蒸气和气体介质以及固体的表面温度。

本课题采用的是以8051系列的AT89C2051单片机为核心开发热电偶测温的系统。系统硬件原理框图如图1-1：

单

单

片

机

四位数码管显示电路

热电偶传感器

信号处理

图2-1系统框图

系统框图如图1-1所示，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Maxim公司新近推出的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，显示电路是由四位独立数码管组成。

2.2热电偶测温原理及特性

热电偶简介：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并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：将两种不同成份的材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电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeckeffect)。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，温度较低的一端为自由端，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，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。

热电偶的特性：

1.?组成热电偶回路的两种导体材料相同时，无论两接点温度如 何，回路总热电势等于零。

2.?如果热电偶两接点的温度相同，T=T0，则尽管导体A，B材料 不同，热电偶回路的总电势亦为零。热电偶回路的总电势仅 与两接点温度有关