基于单片机和K型热电偶的温度测量仪表设计.doc

1. 概述1.1题目名基于单片机和K型热电偶的温度测量仪表设计1.2功能和技术指标要求（1）温度测量范围：室温200；（2）温度检测元件：K型分度号热电偶；（3）具有热电偶冷端温度自动补偿功能；（4）温度测量精度：1FS*2%；（5）温度显示：LED或LCD数字显示，显示分辨率0.1（6）具有温度上限、下线设置功能，当温度测量值越限时，进行声光报警；（7）电源：电网AC220V, 要求在电网电压变化15%范围内能够正常工作。1.3国内外相关情况概述温度的测量的历史：第一个温度传感器是伽利略做出来的。而温度测量的里程碑是由法勒海特设计的水银温度计。1740年瑞典人摄氏提出在标准大气压下，把冰水混合物的温度规定为0度，而水的沸腾度为100度。温度测量在保证产品的质量，节约能源，安全生产起到至关重要的作用。技术现状有点到线，线到面温度分布的测温技术；由表面到内部的测温技术。发展趋势是由于环境的多样化，复杂化，测温对象的多样化，智能检测成为现在温度测试的趋势。所以要加强新工艺的开发；向着智能化发展。2. 技术方案2.1温度测量的基本方法与原理常见的温度测量方法和测温原理有：接触式，原理是热胀冷缩，这种方法测温方便。液体式（如毛细管，水银温度计），原理是受热，液体膨胀系数变大，从而液体上升。这种方法测温比较准确。 直流稳压电源 环境温度测量热电偶放大器 ADC 单 片 机上下限设置声光报警数字显示2.2总技术方案 温度测量仪表功能结构先读取环境温度，热电偶测得温度经过ADC转换器变成数字，测得冷端温度，用补偿法再计算出温度值，送到显示器显示。如果温度超过上限设置，下限设置则蜂鸣器报警，且LED灯变红。3. 硬件设计3.1热电偶放大器设计冷端补偿专用芯片MAX6675的温度读取芯片MAX6675采用标准SPI串行外设总线与MCU接口，MAX6675只能作为从设备。温度值与数字对应关系为:温度值=1023.75转换后的数字量/40953.2热电偶冷端温度补偿方法及电路冷端补偿法：测冷端温度 补偿法 再计算出温度值 送到显示器 （循环） LCD显示（循环） ASC码电路：3.3ADC电路由MAX6675完成AD转换。3.4稳压电源电路学生电源。3.5微处理器STC52单片机，芯片MAX7765；按键；显示系统采用四位共阳极数码管7SEG-MPX4-CA，报警电路由PNP型三极管Q1和蜂鸣器构成。3.6总体电路原理图3.7硬件调试用热电偶采集温度，把采集信号送到MAX7765中，在MAX6675中进行AD转换成数字信号，把数字信号送到STC52单片机进行处理，再送到显示屏显示。4. 软件设计4.1软件功能说明具有热电偶冷端温度自动补偿功能；具有温度上限、下线设置功能，当温度测量值越限时，进行声光报警；4.2软件总流程开始，初始化52，AD初始化启动AD数值滤波（取平均值），调用采集转换子程序，用补偿法计算出温度值，检测是否超量程，超过量程则调用报警程序报警，否的话就继续调用子程序进行循环。 开始 调用报警子程序 调用子程序 调用采集转换子程序计算温度值超量程？系统初始化是否4.3各功能软件#include reg52.h/头文件#include intrins.h/_nop_();延时函数用#define uchar unsigned char /用uchar代替unsigned char，1字节0-255#define uint unsigned int /用uint代替nsigned int，2字节0-26653sbit SO=P10; /P1.0口与SO相连sbit SCK=P11; /P1.1口与SCK相连#include reg52.h/头文件#include intrins.h/_nop_();延时函数用#define uchar unsigned char /用uchar代替unsigned char，1字节0-255#define uint unsigned int /用uint代替nsigned int，2字节0-26653sbit SO=P10; /P1.0口与SO相连sbit SCK=P11; /P1.1口与SCK相连sbit CS=P12; /P1.2口与CS相连sbit buzzer=P16; /P13.6 s声光报警uint j,h; float wendu;/4字节（6位数字）uint Re_Convert();/热电偶数据读取，返回温度void Disp_temp();/温度显示uchar qian=0,bai=0,shi=0,ge=0,xiao=0;uint P_Temp;uint temp;uchar code tab_110=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; /共阳LED段码表uchar code tab_210=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10; /含小数点共阳段码 / 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 uchar code tab_34=0x01,0x02,0x04,0x08; /位码uint Re_Convert() /热电偶数据读取，返回温度 uchar i; unsigned long Temp_2; Temp_2=0; CS=1; SCK=0; _nop_();_nop_(); /这个_nop_()等效与汇编里面的NOP指令，也就是空一个机器周期， /在51单片机中_nop_()等于空12个时钟周期【即一个机器周期】 CS=0; for(i=0;i16;i+)/16位数据读取 Temp_2=1;/向右移一位 _nop_(); SCK=1;/上升 if(SO=1)Temp_2=Temp_2|0x01; else Temp_2=Temp_2|0x00; _nop_(); SCK=0; _nop_(); Temp_2=Temp_24;/向右移4位，取3-14位 Temp_2=Temp_2*1024/4096;/变换为温度值 Temp_2=Temp_2-23; Temp_2=Temp_2; if (Temp_2200) for(j=300;j0;j-); buzzer=0; else buzzer=1; return(Temp_2); void Disp_temp()/温度显示 uint temp=wendu; temp=temp*10; if(wendu0;j-); P3=0x00; P0=tab_1shi; P3=tab_31; for(j=300;j0;j-); P3=0x00; P0=tab_2ge; P3=tab_32; for(j=300;j0;j-); P3=0x00; P0=tab_1xiao; P3=tab_33; for(j=300;j0;j-); void main()/主程序 for(j=300;j0;j-); while(1) wendu=Re_Convert();/ 热电偶数据读取，返回温度 Disp_temp(); /温度显示 sbit CS=P12; /P1.2口与CS相连sbit buzzer=P16; /P13.6 s声光报警uint j,h; float wendu;/4字节（6位数字）uint Re_Convert();/热电偶数据读取，返回温度void Disp_temp();/温度显示uchar qian=0,bai=0,shi=0,ge=0,xiao=0;uint P_Temp;uint temp;uchar code tab_110=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; /共阳LED段码表uchar code tab_210=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10; /含小数点共阳段码 / 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 uchar code tab_34=0x01,0x02,0x04,0x08; /位码uint Re_Convert() /热电偶数据读取，返回温度 uchar i; unsigned long Temp_2; Temp_2=0; CS=1; SCK=0; _nop_();_nop_(); /这个_nop_()等效与汇编里面的NOP指令，也就是空一个机器周期， /在51单片机中_nop_()等于空12个时钟周期【即一个机器周期】 CS=0; for(i=0;i16;i+)/16位数据读取 Temp_2=1;/向右移一位 _nop_(); SCK=1;/上升 if(SO=1)Temp_2=Temp_2|0x01; else Temp_2=Temp_2|0x00; _nop_(); SCK=0; _nop_(); Temp_2=Temp_24;/向右移4位，取3-14位 Temp_2=Temp_2*1024/4096;/变换为温度值 Temp_2=Temp_2-23; Temp_2=Temp_2; if (Temp_2200) for(j=300;j0;j-); buzzer=0; else buzzer=1; return(Temp_2); void Disp_temp()/温度显示 uint temp=wendu; temp=temp*10; if(wendu0;j-); P3=0x00; P0=tab_1shi; P3=tab_31; for(j=300;j0;j-); P3=0x00; P0=tab_2ge; P3=tab_32; for(j=300;j0;j-); P3=0x00; P0=tab_1xiao; P3=tab_33; for(j=300;j0;j-); void main()/主程序 for(j=300;j0;j-); while(1) wendu=Re_Convert();/ 热电偶数据读取，返回温度 Disp_temp(); /温度显示 4.4软件测试软件能运行成功，数码管有温度变化显示。5. 温度测量仪器测试与校准5.1温度测量仪器测试方法用热水器烧开的热水进行测试；用手温来测试。5.2相应记录 热水器烧开的热水 手心温度 88 355.3对实验数据进行分析误差变动大稍低于实验要求，由于温度不能进行连续变化，要按复位键，所以功能不能满足要求。误差的原因有放大倍数与其误差的稳定性；热电偶；本身电路；转换电路（基准电源）；程序没有完善好。由于我负责硬件方面，所以改进设想是尽量减少本身电路产生的误差，而且由于跳线较多使得焊电路的时候变得麻烦，以后一定要注意。