热电偶测温系统设计课程设计说明书(编辑修改稿)

热电偶测温系统设计课程设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

成，即所谓“软件校正法”。 所谓“硬件校正法”即采用的是非线性校正装置。 由 此可见，放大电路的必要性，此系统中温度测量及放大电路如图21 所示，电路中 A A A3 运放组成同相输入并串差动放大器（仪用放大器），放大倍数为 57243 )1( RRR RRApu （ 21） 其中 101010057 RR，适当调整 Rp2 ,可使放大倍数 Au=100。 C1C2Rp1100KR1100KR210KR5100KR3100KR410KR6100KR7100KR8100KRp2+U1LM339+U2LM339+U3LM339GNDCH112t热电偶 图 21 温度测量及放大电路 传感器及应用系统课程设计说明书 12 冷端 温度 补偿电路 根据国际温标规定，热电偶的分度表是以 To=0oC 作为基准进行分度的，而在实际使用过程中，自由端温度 To 往往不能维持在 0oC，那么工作温度为 T 时在分度表中所对应的热电势 EAB(T， 0)与热电偶实际输出的电势值 EAB(T， T0)之间的误差为 EAB(T， 0) EAB(T， T0) = EAB(T0， 0)。 由此可见，差值 EAB(T0， 0)是自由端温度 To 的函数，因此需要对热电偶自由端温度进行处理。 而 且 在工程测温中，冷端温度常随环境温度的变化而变化，将引入测量误差， 故 对冷端进行处理和补偿十分必要。 冷端温度补偿有多种方法，如 0℃ 恒温法（冰点槽法）、冷端温度修正法及冷端温度自动补偿法、 AD590 冷端温度补偿法等，该 系统设计利用集成温度传感器 AD590 作为冷端补偿元件。 如图 22 所示。 AD590 的主要特点： (1)线性电流输出： 1μ A/K，正比于绝对温度； (2)测量温度范围宽： 55～ +150℃； (3)精度高：激光校准精度到177。 5℃（ AD590M）； (4)线性好：满量程范围177。 ℃（ AD590M）； (5)电压电源范围宽： +4～ +30V。 图中， AD590 只需单电源工作，抗干扰能力强，要求的功率很低。 AD590输出电流与绝对温度成正比（ 1μ A /K） ， 它相当于一个温度系数为 1μ A /K的高阻恒流源。 因此在室温 25℃ 时，其输出电流 I=（ 273+25） =298μA ,即输出电流为 ATATTKAI CKK  )2 7 3()()/1(  (22) 又因为 R9=10K,故 VTKATU CC )100/(10)273(1   (23) 由于一般电源供应 较 多器件之后，电源是带杂 波的，因此我们使用齐传感器及应用系统课程设计说明书 13 纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压， 将 输出电压 U2 调整至。 放大器输出电压 Uo 为 )(10)( 211718 VTUURRUo C (24) 如果现在为摄氏 28℃ ， 则 输出电压为 ，输出电压 （ CH0） 接 A/D转换器 的输入通道 ，那么 A/D 转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系 ， 方便后续的计算与处理。 图 22 冷端 补偿电路 A/D 转换电路 TLC0832 是美国德州仪器公司生产的 8 位串行 模数转换器，有两个可多路选择的输入通道，与单片机或控制器通过三线接口连线，性能比较高。 10KR910KR1710KR19+U4LM339AD590+12VCH010KR1150KR12GNDR10D+6VGND100KR20GND100KR18U2U1I传感器及应用系统课程设计说明书 14 TLC0832 芯片具有以下特点： （ 1） 8 位分辨率； （ 2） 5V单电源供电，基准电压为 5V； （ 3）输入模拟信号电压范围为 0~5V； （ 4）输入和输 出电平与 TTL 和 COMS 兼容；； （ 5）可直接和微处理器接口或独立使用 ； （ 6） 在 串行时钟为 250KHz 时，转换时间为 32μ s，总非调整误差为177。 1LSB，使用十分方便； （ 7）有两个可多路选择的模拟输入通道。 TLC0832DIP 封装的引脚分配图如下图 23 所示： 图 23 TLC0832DIP 封装的引脚分配图 各引脚说明如下： CS 为片选端，低电平有效； CH0， CH1 为模拟信号输入端； DI 为多路器地址选择输入端； DO 为模数转换结果串行输出端；CLK 为串行时钟输入 端； GND 为电源地； VCC/REF 为正电源端和基准电压输入端。 当 CS 为低电平时，启动 A/D 转换，在整个转换过程中 CS 必须始终为低电平，连续输入 10 个脉冲完成一次转换，数据从第 2 个时钟开始输出。 转换结束后应将 CS 置为高电平，当 CS 重新拉低时将开始新的一次转换。 传感器及应用系统课程设计说明书 15 TLC0832 通过串行接口与 CPU 相连来传送控制命令，可用软件对通道和输入端进行选 择和配置。 转换开始后，器件从 CPU 接收时钟，在 一个时钟的时间间隔 前导下，以保证输入 多路器稳定。 在转换过程中，转换的数据同时从 DO 端输出，并以最高位（ MSB）开头。 在经过 8个时钟后，转换完成， 当 CS 变高 时 ，内部所 有寄存器清零，此时，输出电路变为高阻态。 DI 和 DO 端可以连在一起，通过一根线连到处理器的一个双向 I/O 口进行控制。 TLC0832 的地址是通过 DI 端移入来选择模拟输入通道，同时也决定输入是单端还是差分输入。 在本设计中， TLC0832 的连接电路如图 24所示， 连接 CS 端，由 提供串行时钟， DO 和 DI 由 控制， CH0 为与 AD590 测得的温度成比例的电压信号， CH1 为与热电偶测得的电势成比例的电压信号。 图 24 TLC0832部分电路 单片机控制的显示电路 AT89C2051 是 ATMEL公司生产的带 2K字节闪速可编程可擦除只读存储器 (EEPROM)的 8 位单片机 ,它具有如下主要特性： (1)与 MCS51 产品指令系统完全兼容 ； (2)2K 字节可重编程闪速存储器 /CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC/REF8U9TLC0832CH0CH1+5VGND传感器及应用系统课程设计说明书 16 (3)耐久性： 1000 写／擦除 周期； ～ 6V的工作电压范围 (4)全静态操作： 0Hz～ 24MHz； 两级加密程序存储器 (5)128 8 位内部 RAM ； 15 根可编程 I/O 引线 (6)两个 16 位定时器 /计数器 ； 六个中断源 (7)可编程串行 UART 通道 ； 可直接驱动 LED 的输出端口 (8)内置一个模拟比较器 ； 低功耗空闲和掉电方式。 AT89C2051 的引脚图如图 25 所示 图 25 AT89C2051的引脚图 AT89C2051 芯片的 20 个引脚功能说明如下 :Vcc 为电源电压； GND为电源地； XTAL1 和 XTAL2 为晶振接入脚； RST 为复位输入脚，当振荡器正在工作时 ,持续给出 RST 引脚两个机器周期的高电平便可完成复位； P1 口是 8 位双向 I/O 口。 口引脚 ～ 提供内部上拉电阻。 和 要求外部上拉电阻。 P3 口的 ～ 、 是带有内部上拉电阻的七个双向 I/0 引脚。 用于固定输入片内比较器的输出信号并且它 作为 一通用 I/O 引脚而不可访问。 P3 口 还可以用于第二功能，此时 作为 RXD（串行口输入端）， 作为 TXD（串行口输出端）。 传感器及应用系统课程设计说明书 17 单片机的连接如图 26 所示，采用上电和手动复位，晶振为 12MHZ。 控制 A/D 转换器的方式如上所述，通过串口 （ RXD）、 （ TXD）控制数据的发送，进而显示温度。 图 26 AT89C2051 的连接图 单片机 AT89C2051 控制的显示电路如图 27 所示。 图中，单片机 工作于串口方式 0（也称同步移位寄存器方式） ， 此时同步脉冲从 TXD 引脚上输出，数据从 RXD 引 脚发送， 外 扩个 4 个74LS164， 连接 4 个数码管，通过串口可以。