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基于-单片机温度检测设计.doc
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2022-11-29
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基于-单片机温度检测设计.doc
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第 1 章 引 言
1.1 测温系统设计目的和意义
温度作为一个物理参量,在我们日常生活中非常重要,并且在
现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用
的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和
食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反响炉和锅炉中的温
度进展检测和控制。
良好的温度检测系统不仅是平安生产的前提,同时较高精度的温度检测还能间接
的实现降低能耗。例如,在一些精细机械加工行业和制药行业等,良好的温度检测就
可以提高产品的合格率,降低生产消耗。
1.2 开展现状
伴随着科技的开展温度传感器已经有许多的类型如:传感器 AD590、传感器
DS1820 、 热 敏 电 阻 、 热 电 偶 等 。 但 是 由 于 本 设 计 所 要 实 现 的 是 对 工 业 温 度
〔500℃-1500℃〕检测进展检测,同时参考其所能实现的精度,该设计采用热电偶,
其具有以下诸多优点。
构造简单,其主体实际上是由两种不同性质的导体或半导体互相绝缘并将一端接
在一起而成的;具有较高的准确度;测量温度围宽,厂用的热电偶,低温可测到
-50℃,高温可到达 1600℃左右,配有特殊材料的热电偶,最低可测到-180℃,最高可
到达 2800℃的温度;具有良好的敏感度;使用方便等。
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国
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家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,
它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用围或数量级上均不及标
准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电
偶我国从 1988 年 1 月 1 日起,热电偶和热电阻全部按 IEC 国际标准生产,并指定 S、
B、E、K、R、J、T 七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。该设计根据设计任
务要求出发,选取 K 型热电偶为本设计的测温原件。
热电偶的构造形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的构造要求如下。
组成热电偶的两个热电极的焊接必须结实;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
[1][2]
。
本设计以热电偶为测温元件经过单片机进展相应的数据处理,能够比拟准确的实
现温度的检测。同时也可以进展扩展,实现远距离的串行通信。因此能够较好的适应
对温度要求较高的工业应用场合,同时也可应用在楼宇等温度检测及显示。
1.3 本文主要工作
本文主要阐述了一款基于 AT89S52 单片机控制,以 E 型热电偶为温度传感器的温
度仪表的设计。在整个系统的设计过程中为了到达 0.5 级误差的设计要求,对热电偶
采取电桥补偿法进展冷端补偿,分段折线法进展线性拟合。由 AT89S52、HD7279 及仪
用仪表放大电路等构成整个系统的硬件组成。同时考虑网络控制在现代工业控制中的
作用,系统同时设计了 RS-485 通讯。
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第 2 章 系统的总体设计
按任务书的设计要求,可将整个系统分为四大局部:K 型热电偶测温单元、单片
机及其外围硬件电路设计、数据处理及软件设计及系统电源设计。图 2.1 为整个系统
的构造框图。
AT89s52
单片机
显示电路
信号处理
上位机
时钟电路
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框图中温度传感器的作用是对工业现场中的温度参数进展采集,信号处理作用是
对温度传感器的输出信号进展放大、滤涉及数模转换,AT89S52 单片机的作用是对系
统的相关数据进展处理,显示和键盘的显示数据及输入控制。时钟芯片的作用是为整
个系统体提供时间参数。
整个系统的工作过程中采用温度传感器 K 型热电偶对工业现场中的温度参数进
展采集,温度传感器的输出信号经过放大、滤波、A/D 转换信号处理这一环节,被送
入 AT89S52 进展数据的相关处理。上位机通过 RS-485 通讯这一环节对下位机进展相应
的控制,如显示、读取相关时间参数。
第 3 章 K 型热电偶测温单元
图 2.1 系统构造框图
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K 型热电偶的概述
K 型热电偶作为一种温度传感器,K 型热电偶通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器配套使用。
K 型热电偶可以直接测量各种生产中从 0℃到 1300℃围的液体蒸汽和气体介质以及固体的外表温
度。K 型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。
3.1 热电偶工作原理
将两种不同材料的导体或半导体 A 和 B 焊接起来,构成一个闭合回路,如图 3.1
所示。当导体 A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时,两者之间便产生电动势,
因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应
来工作的。
实验证明,当电极材料选定后,热电偶的热电动势仅与两个接点的温度有关,即
d
E
AB
( t
1
, t
2
) = S
AB
×d t
〔3.1〕
比例系数
S
AB
称为热电动势率,它是热电偶最重要的特征量。
3.2 K 型热电偶的冷端补偿
一 热电偶测温时冷却补偿的必要性
理论上测量是以冷端在零度为标准测量的。所以,使用时必须遵守该条件。如果参考端温
度不是 0℃,尽管被测温度不变,热电势(
t
,
t
n
)将随参考端温度的变化而变化。,然而,通
常测量时仪表是处于室温之下的,由于冷端不为零度,造成热电势差减小,使测量不准,出现错
误。所做的补偿措施就是冷端温度补偿 . 热电偶测量温度时要求其冷端〔测量端为热端,通
图 3.1 热电偶原理图
工
作
端
自
由
端
A
A
B
1
2
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