基于单片机的热电偶测温系统

基于单片机的热电偶测温系统

一设计简述

本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，简单设计了硬件电路，信号放大电路采用放大器LTC2053将热电偶的输出mv型号放大，再经过ICL7109转换器转换为12位的数字信号，输入给单片机，驱动数码管显示电路显示4位温度值。扩展部分有键盘电路和报警电路。软件部分设计了转换器和键盘及显示电路。

关键字：热电偶；LTC2053放大器；ICL7109转换器；数码管

二设计内容

随着人们生活水平的提高，人们对家用电子产品的智能化、多功能化提出了更高的要求，而电子技术的飞速发展使得单片机在各种家用电子产品领域中的应用越来越广泛。

把以单片机为核心，开发出来的各种测量及控制系统作为家用电子产品的一个组成部分嵌入其中，使其更具智能化、拥有更多功能、便于人们操作和使用，更具时代感，这是家用电子产品的发展方向和趋势所在。有的家用电器领域要求增加显示、报警和自动诊断等功能。这就要求我们的生产具有自动控制系统，自动控制主要是由计算机的离线控制和在线控制来实现的，离线应用包括利用计算机实现对控制系统总体的分析、设计、仿真及建模等工作；在线应用就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路使控制系统“软化”，使计算机位于其中，并成为控制系统、测试系统及信号处理系统的一个组成部分，这类控制由于计算机要身处其中，因此对计算机有体积小、功耗低、价格廉以及控制功能强有很高的要求，为满足这些要求，应当使用单片机。

2热电偶测温原理

1.1热电效应

将两种不同成分的导体组成一闭合回路，如图1所示。

图1

当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，该电势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象称为“热电效应”。

1.2接触电势

A和B两种不同材料的导体接触时，由于电子的扩散运动，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触电势。接触电势的大小与导体材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。

对于温度分别为t和t0的两接点，可得下列接触电势公式：（温度为t时的接触电势，温度为t0时的接触电势）

e AB(T0)=U At0 - U Bt0

1.3温差电动势

将某一导体两端分别置于不同的温度场t、t0中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，这样，导体两端便产生了电势，这个电势称为温差电势。

导体A、B在两端温度分别为t和t0时形成的电势

e A(t,t0)=U At–U At0

e B(t,t0)=U Bt–U Bt0

1.4热电偶的电势

将由A和B组成的热电偶的两接点分别放在t和t0中，热电耦的电势为：

E AB(t,t0)=e AB(t)-e AB(t0)-e A(t,t0)- e B(t,t0)

由于接触电势比温差电势大的多，可将温差电势忽略掉，则热电偶的电势为

E AB(t,t0)= e AB(T)- e AB(T0)

(AB的顺序表示电势的方向；当改变脚注的顺序时，电势前面的符号（正、负号）也应随之改变)

综上所述，可以得出以下结论：

热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热电势便是两接点电势差。

1.5热电偶的基本定律

1. 均质导体定律

如果热电偶中的两个热电极材料相同，无论接点的温度如何，热电势为零。 2. 中间导体定律

在热电偶中接入第三种导体，只要第三种导体的两接点温度相同，则热电偶的热电势不变。

图2

在热电偶中接入第三种导体C ，设导体A 与B 接点处的温度为t ，A 与C 、B 与C 两接点处的温度为t0,则回路中的热电势为：

热电偶的这种性质可以方便地在回路中直接接入各种类型的显示仪表或调节器，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中或直接焊在金属表面测量。

3. 标准电极定律

如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电势也就已知。

图3

如图所示，导体A 、B 分别与标准电极C 组成热电偶，若它们所产生的热电势也就已知，即

000()()()()

ABC AB AB BC t t t t t E e e e ?=--0()()

AB AB t t e e =-00()()()

AC Ac Ac t t t t E e e =-?00()()()BC BC AC t t t t E e e =-

?

那么，导体A 与B 组成的热电偶的热电势为：

4. 中间温度定律

热电偶在两接点温度分别为t 、t0时的热电势等于该热电偶在接点温度为t 、tn 和tn 、t0相应热电势的代数和；即

中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据，其等效示意图如图所示。

图4

2 冷端补偿与放大电路

图6是热电偶放大电路。电路中，LTC2053是仪用放大器，它为低功率仪器产品提供了一个极好的平台，例如，电池供电的热电偶放大电路等。由于采用了与开关电容的组合以及零漂移运算放大器的工艺，因此，LTC2053的输入偏移电压最大为10μV ，共模抑制比CMRR 和电源抑制比PSRR 达到116dB 。最理想的工作电源采用低电压2.7V 到11V 的单电源或±5V 的双电源，另外，由于消耗电流非常低，典型值为85μpA ，因此，应用于电池供电的放大器非常理想。调节R1、RP1和R2可方便对电路增益进行编程。

作为热电偶放大器必须满足一些特殊要求，通常采用的K 型热电偶的灵敏度为40.6μ℃，而电路的输出一般要求为10mV ／℃，因此，要选用额定增益为246的精密放大器。另外，热电偶一般容易受到工业环境中电子噪声的影晌，因此，仪用放大器允许输入不同的电压有助于消除由于共模噪声引起的误差。为了避免出故障，采取的保护措施是不能让热电偶无意识地接触到瞬变电源或高电压，但保护措施不能兼顾到精度。LTC2053有满足这些要求的补偿特性，它在任何引脚上都可以承受10mA 的故障电流，因此，在不损坏集成芯片的情况下，10kΩ（R4和R5）保护电阻允许承受±100V 故障电压。

00()()()

AB AC n AB n t t t t t t E E E ???=-000()()()

AB AC BC t t t t t t E E E =-???

本模块包括电压式温度传感器TMP35和K型热电偶。其中热电偶的工作原理是根据热端和冷端的温度差而产生电势差。由于实际测量时，冷端的温度往往不是O℃，所以要对热电偶进行温度补偿。热电偶温度补偿公式如下：E(t，0)=E(t，t0)+E(t0，0)

其中，E(t0，0)是实际测量的电动势，t代表热端温度，t0代表冷端温度，0代表O℃。在现场温度测量中，由于热电偶冷端温度一般不为O℃，而是在一定范围内变化着，因此测得的热电势为E(t，t0)。如果要测得真实的被测温度所对应的热电势E(t，0)，就必须补偿冷端不是0℃所需的补偿电势E(t0，0)，而且，该补偿电势随冷端温度变化的特性必须与热电偶的热电特性相一致，这样才能获得最佳补偿效果。

图5所示是一个温度补偿电路的原理图。图中，温度传感器TMP35很好的完成了温度补偿工作，TMP35输出的电压先经电阻分压，再经放大器放大，就是K型热电偶对应的E(t0，O)。

图5 温度补偿

图6 放大电路

电路中LTC1025对热电偶进行温度补偿，确保在各种环境条件下温度的测量精度，并要靠近热电偶的节点安装，以便对温度进行最佳的跟踪。LTC1025对不同的环境温度输出相应的电压，输出灵敏度为10mV／℃，因此，0℃时输出电压为10mV，室温（25℃）时输出250mV。测量探头温度相应的电压是补偿电压和被放大的热电偶电压之和，补偿电路的输出端与LTC2053的REF （5脚）输入端连接的所有这一切都要加上这两种电压。对于这种电路结构，考虑的仅是校正的电压必需能供出或吸收反馈电阻中电流。由于，LTC1025只供出电流，因此，可采用缓冲器LTC2050驱动REF，LTC2050是一种零漂移的运算放大器。采用单电源的缺点是，对于有效的输出探头和放大器单元的温度都必须超过0℃。若需要对负温度进行调节的话，可采用简单的充电泵变换器，例如LTC1046构成负电源。

在常规的线性电源应用中，只要所有热电偶都连接上LTC1025进行热跟踪，可以采用单个LTCl025和缓冲放大器去修正LTC2053热电偶放大器的不同通道。由于LTC2053工作于采样的输入信号，因此，感兴趣的频率一般低于几百Hz，这样，在反馈电路中增设0.1μF电容C1就可以加速放大器的响应。接在热电偶输入网络的电容C2和C3有助于吸收射频干扰及抑制在热电偶探头

出现的采样干扰。接在热电偶中的电阻R6～R9提供高阻抗偏置，这样在探头无电压降的情况下使其抗干扰性达到最大。短的热电偶使共模信号最小，探头节点可以接地。5.1V的稳压管VD1构成电源保护电路，即防止电源出现过电压以及6V电池的极性接反，R3是限流电阻。

3 A/D转换电路

ICL7109是美国Intersil公司生产的一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位A/D转换器。由于目前逐次比较式的高速12位A/D转换器一般价格都很高，在要求速度不太高的场合，如用于称重，测压力等各种高精度测量系统时，可以采用廉价的双积分式高精度A/D转换器ICL7109。ICL7109最大的特点是其数据输出为12位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连。

图7 ICL7109引脚图

图8 ICL7109与单片机的接线图4最小系统电路

图9 最小系统图

5键盘电路与报警电路

5.1矩阵式键盘按键的识别

当非编码键盘的按键较多时，若采用独立式键盘占用I/O 口线太多，此时可采用矩阵式键盘，键盘上的键按行列构成矩阵，在行列的交点上都对应有一个键。行列方式是用m 条I/O 线组成行输入口，用n 条I/O 线组成列输出口，在行列线的每一个交点处，设置一个按键，组成一个mxn 的矩阵，如图10所示，矩阵键盘所需的连线数为行数+列数，如4×4的16键矩阵键盘需要8条线与单片机相连，—般键盘的按键越多，这种键盘占I/O 口线少的优点就越明显，因此，在单片机应用系统较为常见。

图10

矩阵式键盘识别按键的方法有两种: 一是行扫描法, 二是线反转法。这里只说明一下第一种情况，行扫描法：

先令列线Y0为低电平（0），其余3根列线Y1、Y2、Y3都为高电平，读行线状态。如果X0、X1、X2、X3都为高电平，则Y0这一列上没有键闭合，如果读出的行线状态不全为高电平，则为低电平的行线和Y0相交的键处于闭合状态；如果Y0这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平。用同样的方法检查Y1这一列上有无键闭合，依次类推，最后使列线Y3为低电平，其余列线为高电平，检查Y3这一列有无键闭合。

为了防止双键或多键同时按下, 往往从第 0 行一直扫描到最后 1 行, 若只发现 1 个闭合键, 则为有效键, 否则全部作废。

找到闭合键后, 读入相应的键值, 再转至相应的键处理程序。 5.2关于键盘的抖动问题的分析和解决：

当用手按下一个键时，如图11所示，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也回会出现类似的情况。这就是抖动。抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms 。很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。

用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通过延迟10ms 来等待抖动

X3X2X1X0

Y3

Y0Y2Y1列 行

消失，这之后，在读入键盘码。

图11键抖动信号波

5.3键编码及键值

(1) 用键盘连接的I/O线的二进制组合表示键码。例如用4行、4列线构成的16个键的键盘，可使用一个8位I/O口线的高、低4位口线的二进制数的组合表示16个键的编码，如图所示。各键相应的键值为88H、84H、82H、81H、48H、44H、42H、41H、28H、24H、22H、21H、18H、14H、12H、11H。这种键值编码软件较为简单直观，但离散性大，不便安排散转程序的入口地址。

(2) 顺序排列键编码。这种方法，键值的形成要根据I/O线的状态作相应处理。键码可按下式形成：键码=行首键码+列号

5.4键盘扫描程序的设计：

假定图中列2行1键被按下，则判定键位置的扫描过程如下：

首先是判定有没有键被按下。先使P1口输出0EH（1110），然后输入行线状态，测试行线中是否有低电平的，如果没有低电平，再使输出口输出0DH（1101），再测试行线状态。到输出口输出0BH（1011）时，行线中有状态为低电平者（行1），则闭合键找到，通过此次扫描的列线值和行线值就可以知道闭合键的位置。

当经扫描表明有键被按下之后，紧接着应进行去抖动处理。采用软件延时的方法，一般为10～20 ms，待行线上状态稳定之后，再次判断按键状态。

按键确定之后，下一步是计算闭合键的键码，我们以键的排列顺序安排键号，键码既可以根据行号列号以查表求得，也可以通过计算得到。键码的计算公式为：键码=行首号+列号。

计算键码之后，延时等待键释放，目的是为了保证键的一次闭合仅进行一次处理。

在计算机中每一个键都对应一个处理子程序，得到闭合键的键码后，就可以根据键码，转相应的键处理子程序(分支是使用JMP等散转指令实现的)，进行字

符、数据的输入或命令的处理。这样就可以实现该键所设定的功能。

总结上述内容，键处理的流程如图所示。

图12流程图

说明：1)设子程序为KS1，供键盘扫描程序中调用。

2）在单片机应用系统中常常是键盘和显示器同时存在，因此可以把键盘扫描程序和显示程序配合起来使用，即把显示程序作为键盘扫描的延时子程序，实现软件去抖动。这样做既省去了一个专门的延时子程序，又能保证显示器常亮的客观效果。假定本系统中显示程序为DIR，执行时间约为10ms，分析程序时，可把显示程序DIR当成延时子程序。

键盘扫描程序的运行结果是把闭合键的键码放在累加器A中，接下来的程序是根据键码进行程序转移，去执行该键对应的操作。

报警电路

图13

6显示电路设计

显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作

数据，按照材料及生产工艺，单片机应用系统中常用的显示器

有：发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。

LED显示器是现在最常用的显示器之一，如右图。

图14

图14中的译码器74LS138与共阴极LED数码管驱动器CD4511是由单片机的P1口控制的，其中，P1.0、P1.1、P1.2 与译码器的输入相接，C为高位，A为地位。对四个共阴极数码管实现位选。在一个单片机系统中，对共阴极LED显示器的控制采用“接地方式”，即通过控制LED的“GND”引脚的电平高低来达到

选通的目的，该引脚即通常所说的位选线。例如：我们想要让第三位数码管工作，那么需要使L3的位选线接低电平来达到目的，也就是使译码器的输出中的Y3为0，其他为1。本系统中，我们采用动态显示方式，因此，需要不断的片选，而共阴极LED显示器的发光二极管负极接地，当发光二极管的正极为高电平时，发光二极管被点亮。这就由CD4511来驱动，例如：要显示0字形时，需要LED 显示器的8个发光二极管“a，b，c，d，e，f，g”七个字段中的a，b，c，d，e，f亮，那么，就需要CD4511输出中的A、B、C、D、E、F为高电平。这是CD4511芯片内部已设定好的，表2为CD4511芯片内部的二进制与输入与输出的对应关系列表。

LED显示器的基本结构和原理:LED显示器采用发光二极管显示字段。单片机中经常采用的是八段显示器，即LED显示器中有8个发光二极管，代表“a，b，c，d，e，f，g”七个字段和一小数点“dp ”。它有共阴和共阳两种结构。共阴极LED显示器的发光二极管负极接地，当发光二极管的正极为高电平时，发光二极管被点亮。共阳极LED显示器的发光二极管正极相连，当二极管的负极为低电平时，发光二极管被点亮。

在一个单片机系统中，对共阴极LED显示器的控制采用“接地方式”，即通过控制LED的“GND”引脚的电平高低来达到选通的目的，该引脚即通常所说的位选线。共阳极LED显示器控制方式则相反。两种控制方式中，共阴极LED控制方式受系统器件功耗限制，只能用在小尺寸的LED显示器中。对于大尺寸LED显示器的控制（如大屏幕计时器）一般使用共阳极方式。

LED的显示和接口方式：LED数码管的显示有静态和动态两种方式。从接口上分又有并行和串行两种，这要视接口和驱动芯片而定。常用的并行LED接口芯片

有8155、8255 以及键盘和显示专用芯片8279等。与并行方式相比，串行方式仅占用CPU 少数几根I/O 口线便可实现LED显示功能，以前的51 单片机系统经常通过串口通信线TXO 、RXD（ P3.0.、P3.1 ）加移位寄存器74LS164实现LED显示功能。近年来国内外各大厂商纷纷推出了基于串行总线方式的LED显示器接口芯片，如MAXIN公司的MAX7219 、力源的PS7219 以及周立功的ZLG7289 等等。这些芯片与单片机的接口一般采用SPI 总线方式，具有占用I/O 口线少，与单片机接口程序易于实现的特点，使用起来十分方便。

LED显示器按照接口不同有静态和动态两种方式。静态显示方式中，多个LED 显示器中的每一个段代码都与一个独立的8位并行口连接，公共端则根据LED

的种类（共阴或共阳）连接到“地”或“VCC ”上。四位静态LED显示电路中，每个LED的段代码都由独立的并行8位I/O口线控制，可以在同一时间内显示不同的字符。静态LED显示方式的优点是编程容易，但功耗大，占用CPU I/O 口线较多，成本较高。因此在单片机应用系统中较多使用的还是动态显示方式。所谓动态显示，实质上就是各个不同的LED显示器按照一定的顺序轮流显示。它利用了人眼的“视觉暂留现象”，只要多个LED显示器的选通扫描速率足够快，人眼就觉察不到数码管的闪烁现象。动态扫描方式的所有LED段选线并联在一起，只由一个8位的I/O 口控制，而各个LED的位选线则由另外一组I/O 口控制。动态LED显示方式的优点是功耗较低，占用CPU I/O 线少，外围接口简单，本系统便是采用了动态LED显示方式。

动态扫描从左到右进行，显示缓冲区首地址为79H。因此各位显示器都扫过一遍之后，就返回监控程序。经过一段时间间隔后，再调用显示扫描程序。通过这种反复调用来实现LED显示器的动态扫描。

7软件设计

ADZH:MOV IE,#00H ;A/D转换子程序

MOV DPTR,#88FFH

CLR P0.0

CLR P0.1

MOVX @DPTR,A ;启动A/D

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

LOOP:JB P0.3，LOOP

SETB P0.0

MOVX A,@DPTR ;读转换结果8位

MOVX ADH,A ;存转换结果高8位

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

SETB P0.1

MOVX A,@DPTR

MOV ADL,A

MOV IE,#81H

RET

AJMP KEY1

KS1: MOV A,#0FFH

MOV P1，A

MOV A,P1 ；读P1口键值

CPL A；A取反，无键按下则全“0”

ANL A，0FH ；屏蔽A高半字节

RET

KEY1: ACALL KS1 ；检查是否有键闭合

JNZ LK1 ；A非“0”则转移

ACALL DISP ；显示一次(延时10 ms)

AJMP KEY1

LK1: ACALL DISP ；有键闭合二次消抖延时20 ms ACALL DISP

ACALL KS1 ；再检查有键闭合否

JNZ LK2 ；有键闭合，转LK2

ACALL DISP

AJMP KEY1 ；经去抖动确认无键闭合，延时10 ms后转K EY1

LK2：MOV R2，#0EH ；扫描初值进R2

MOV R4，#00H ；扫描列号送R4

LK4：MOV P1，A；扫描初值送P1口

MOV A，P1 ；读P1口

JB ACC.0，LONE ；ACC.0=1，第0行无键闭合，转LONE

MOV A，#00H ；装第0行行值

AJMP LKP

LONE: JB ACC.1，LTWO ；ACC.1=1，第1行无键闭合，转LTWO MOV A，#04H ；装第1行行值

AJMP LKP

LTWO：JB ACC.2，LTHR ；ACC.2=1，第2行无键闭合，转LTHR MOV A,#08H ；装第2行行值

AJMP LKP

LTHR: JB ACC.3，NEXT ；ACC.3=1，第3行无键闭合则转NEXT

MOV A，#0CH ；装第3行行值

LKP：ADD A，R4 ；计算键值

PUSH ACC ；保护键值，将键值入栈

LK3：ACALL DISP ；延时10ms消抖

ACALL KS1 ；查键是否继续闭合，若闭合再延时

JNZ LK3

POP ACC ；若键起，则键码送A

RET

NEXT：INC R4 ；扫描列号加1

MOV A，R2

JNB ACC.3，KND ；笫3位为“0”，已扫完最高列则转KEND

RLA A ；循环左移一位

MOV R2，A

AJMP LK4 ；进行下一列扫描

KEND：AJMP KEY1 ；扫描完毕，开始新的一轮

KEY：MOV R2，#0FFH ；计算键值子程序，初始化键值寄存单元MOV DPTR，#KEYTABLE ；向DPTR加载键码表

CHAZ：INC R2 ；键值加1

MOV A，R2 ；键值送给A

MOVC A，@A+DPTR ；查出对比键码

CJNE A，#0FFH，CHA ；搜索对比键码结束? 否，跳到CHA

RET ；是，最终没找出有效键值，直接返回CHA：CJNE A，R4，CHAZ ；对比键码与当前扫描结果(键码)一致?

；否，跳到CHAZ再搜索

LCALL SHOW ；是，显示出来

RET ；返回

KEYTABLE：；键码表

DB 07EH，07DH，07BH，077H

DB 0BEH，0BDH，0BBH，0B7H

DB 0DEH，0DDH，0DBH，0D7H

DB 0EEH，0EDH，0EBH，0E7H

DB 0FFH

初始化子程序：

DISPP：MOV P1,73H

LCALL DELAYTIME

RET

显示键值子程序：

SHOW：MOV A，R2

MOV B，#10

DIV AB

SHOWX：MOV DPTR，#LEDTABLE

XCH A，B

MOVC A，@A+DPTR

MOV SBUF，A

CLR TI

JNB TI，$

XCH A，B

MOVC A，@A+DPTR

MOV SBUF，A

CLR TI

JNB TI，$

RET

DELAYTIME：；50mS延时子程序

MOV TMOD，#01H

HH：MOV TH0，#4CH

MOV TL0，#00H

SETB TR0

CLR TF0

NB TF0，$

CLR TR0

RET

LEDTABLE：DB 0FCH，060H，0DAH，0F2H，066H，0B6H；LED字型码表

DB 0BEH，0E0H，0FEH，0E6H，02H

END

总结

通过本次设计，熟悉了温度测量电路的基本构成，通过对系统硬件的组态，掌握了几种芯片的功能和使用方法，同时对于单片机的软件编程进一步体会到指令的用法，有了一定的全面的提高。

参考文献

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热电偶测温的使用原理

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 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。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。 2.热电偶的种类及结构形成 (1)热电偶的种类 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范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。 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。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时)，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线

基于单片机的温度测量系统设计

基于STC单片机的温度测量系统的研究 摘要：本文针对现有温度测量方法线性度、灵敏度、抗振动性能较差的不足，提出了一种基于STC单片机，采用Pt1000温度传感器，通过间接测量铂热电阻阻值来实现温度测量的方案。重点介绍了，铂热电阻测量温度的原理，基于STC实现铂热电阻阻值测量，牛顿迭代法计算温度，给出了部分硬件、软件的设计方法。实验验证，该系统测量精度高，线性好，具有较强的实时性和可靠性，具有一定的工程价值。 关键词：STC单片机、Pt1000温度传感器、温度测量、铂热电阻阻值、牛顿迭代法。 Study of Temperature Measurement System based on STC single chip computer Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin Abstract:A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000temperature sensor.The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects:the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum thermistor’s resistance based on STC single chip computer, the calculating temperature by Newton Iteration Method. Parts of hardware and software are given. The experimental results demonstrate that the precision and linearity of the method is superior. It is also superior in real-time character and reliability and has a certain value in engineering application. Keywords: STC single chip computer，Pt1000temperature sensor，platinum thermistor’s resistance，Newton Iteration Method 0 引言 精密化学、生物医药、精细化工、精密仪器等领域对温度控制精度的要求极高，而温度控制的核心正是温度测量。 目前在国内，应用最广泛的测温方法有热电偶测温、集成式温度传感器、热敏电阻测温、铂热电阻测温四种方法。 (1) 热电偶的温度测量范围较广，结构简单，但是它的电动势小，灵敏度较差，误差较大，实际使用时必须加冷端补偿，使用不方便。 (2) 集成式温度传感器是新一代的温度传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等优点，适于远距离测量和传输。但由于价格相对较为昂贵，在国内测温领域的应用还不是很广泛。 (3) 热敏电阻具有灵敏度高、功耗低、价格低廉等优点，但其阻值与温度变化成非线性关系，在测量精度较高的场合必须进行非线性处理，给计算带来不便，此外元件的稳定性以及互换性较差，从而使它的应用范围较小。 （4）铂热电阻具有输出电势大、线性度好、灵敏度高、抗振性能好等优点。虽然它 的价格相对于热敏电阻要高一些，但它的综合性能指标确是最好的。而且它在0~200°C范

热电偶测温系统实验报告材料书

热电偶测温系统 实验报告书 班级：铁道自动化091班 小组成员：何俊峰、严云钧、王鹏远、倪森 瑜、康宁

目录 一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理 2热电偶的补偿方法 3热电偶的实际应用 二热电偶测温系统的相关介绍 1线路原理图 2主要原件及其作用 3调试方法及其注意事项 三实验收尾及总结报告 1处理实验数据 2 实验总结

一热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理 （1）概况：热电偶是一种感温元件,热电偶的工作原理这就要从热电偶测温原理说起。一次仪表，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(二次仪表)转换成被测介质温度。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,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Seebeck电动势—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，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℃时的条件下得到不同的热电偶具有不同的分度表。热电偶回路中接入第三种金属资料时,只要该资料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将坚持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,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。 B热电偶工作原理：两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，回路中就会发生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度丈量的其中，直接用作丈量介质温度的一端叫做工作端(也称为丈量端)另一端叫做冷端(也称为弥补端)冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度 （2）分类：（S型热电偶）铂铑10-铂热电偶 铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极（SN）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。 S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标。 S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。 （R型热电偶）铂铑13-铂热电偶 铂铑13-铂热电偶（R型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。 R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于R型热电偶的综合性能与S

基于单片机的温度测量系统

基于51单片机的温度测量系统 来源：微计算机信息作者：赵娜赵刚于珍珠郭守清 摘要: 单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用, 温度则是系统常需要测量、控制和保持的一个量。本文从硬件和软件两方面介绍了AT89C2051单片机温度控制系统的设计，对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。 关键词: 单片机AT89C2051;温度传感器DS18B20;温度;测量 引言 单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛,并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。为此在本文中作者设计了基于atmel公司的AT89C2051的温度测量系统。这是一种低成本的利用单片机多余I/O口实现的温度检测电路, 该电路非常简单, 易于实现, 并且适用于几乎所有类型的单片机。 一.系统硬件设计 系统的硬件结构如图1所示。 数据采集 数据采集电路如图2所示, 由温度传感器DS18B20采集被控对象的实时温度, 提供给AT89C2051的口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为所处室温。当然作为改进我们可以把传感器与电路板分离，由数据线相连进行通讯，便于测量多种对象。 DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，支持3V～的电压范围，使系统设计更灵活、方便；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20使电压、特性有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。如图2所示DS18B20的2脚DQ为数字信号输入/输出端；1脚GND为电源地；3脚VDD为外接供电电源输入端。 AT89C2051（以下简称2051）是一枚8051兼容的单片机微控器，与Intel的MCS-51完全兼容，内藏2K的可程序化Flash存储体，内部有128B字节的数据存储器空间，可直接推动LED，与8051完全相同，有15个可程序化的I/O点，分别是P1端口与P3端口（少了）。 接口电路 图2 单片机2051与温度传感器DS18B20的连接图 接口电路由ATMEL公司的2051单片机、ULN2003达林顿芯片、4511BCD译码器、串行EEPROM24C16（保存系统参数）、MAX232、数码管及外围电路构成, 单片机以并行通信方式从～口输出控制信号,通过4511BCD译码器译码，用2个共阴极LED静态显示温度的十位、

热电阻的单片机测温系统

摘要 电子温度计是日常生活中最普遍的电子产品之一,常用的转换元件有热电阻、热敏电阻、热电偶等,通常我们将这些转换元件通过非电量转化电量的检测方法，结合电量和温度之间的关系,我们可以计算出其温度值。在本课题中将介绍一种利用电阻电桥失衡输出的电压转换温度的设计。在设计中,利用AT89Ｓ系列单片机作为控制器，计算铂电阻（PT100）电量与温度的转换，并在LED显示温度。 关键词:AT８9S52 AＤC0832 Abstraｃt Ｅｌectroｎic ｔｈermomｅｔer iｓin ｄaily liｆeｔhe mｏsｔcommon onｅof elｅctrｏnicｐrｏducｔs, and thｅcoｍｍoｎinterfaｃe ｅlement ｈaveｈe ａt ｒesistａｎce,tｈｅrmal resistanｃｅ, thermocouple，etc., usuaｌly we ｗill these inteｒface eleｍｅnt thrｏｕgh the noｎ-electriciｔy iｎto ｅｌectｒiciｔy d ｅtｅｃtｉon meｔhｏｄs, cｏmｂiｎed ｗｉth powｅr aｎd tｈe relationshiｐbetｗｅen the ｔemperａturｅ, we can ｃａlｃulate the teｍperatｕre value. In tｈis tｏpicｗiｌl introducｅa kind ｏf makｅｕse of the reｓｉsｔａｎce ｂr ｉｄgeｕnｂalanced ouｔｐｕt voltaｇe tｒaｎｓitｉon tｅmｐｅrature design. In the dｅsign,ｔｈe uｓe of AT89S seriｅｓｍicroconｔroｌlｅｒas tｈe contｒｏlｌｅr, ｃａlｃulａtｉoｎof plａtinｕm ｒesiｓｔaｎce（PT１０0) powe ｒand ｔemｐeratｕreｃonveｒsiｏｎ, and inｔhｅLＥＤdｉsplay ｔeｍperature. ?Ｋeyword:AT89Ｓ52 ＡDC0832

基于AT89C51单片机的测温系统

引言 本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程，并介绍了利用C语言编程对DS18B20的访问，该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量。 数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范围广、测温精确、功能多样话等优点。其主要用于对测温要求准确度比较高的场所，或科研实验室使用，该设计使用STC89C52单片机作控制器，数字温度传感器DS18B20测量温度，单片机接受传感器输出，经处理用LED数码管实现温度值显示。

一、设计要求 通过基于MCS-51系列单片机AT89C51和DS18B20温度传感器检测温度，熟悉芯片的使用，温度传感器的功能，数码显示管的使用，C语言的设计；并且把我们这一年所学的数字和模拟电子技术、检测技术、单片机应用等知识，通过理论联系实际，从题目分析、电路设计调试、程序编制调试到传感器的选定等这一完整的实验过程，培养了学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，为毕业设计和以后工作打下一个良好的基础。 以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个数字温度计，采用数字温度传感器DS18B20为检测器件，进行单点温度检测，检测精度为?摄氏度。温度显示采用3位LED数码管显示，两位整数，一位小数。具有键盘输入上下限功能，超过上下限温度时，进行声音报警。 二、基本原理 原理简述：数字温度传感器DS1820把温度信息转换为数字格式；通过“1－线协议”，单片机获取指定传感器的数字温度信息，并显示到显示设备上。通过键盘，单片机可根据程序指令实现更灵活的功能，如单点检测、轮转检测、越限检测等。基于DS1820数字温度传感器的温度检测及显示的系统原理图如图 图基于DS1820的温度检测系统框图 三：主要器件介绍（时序图及各命令序列，温度如何计算等） 系统总体设计框图 由于DS18B20数字温度传感器具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠，所以在该设计中采用DS18B20数字温度传感器测量温度。 测温电路设计总体设计框图如图所示，控制器采用单片机AT89S52，温度 传感器采用DS18B20，显示采用4位LED数码管，报警采用蜂鸣器、LED灯实 现，键盘用来设定报警上下限温度。

实验二十一__热电偶的原理及现象实验

热电偶的原理及现象 一、实验目的：了解热电偶测温原理。 二、基本原理：1821年德国物理学家赛贝克（T?J?Seebeck）发现和证明了两种不同材料的导体A和B组成的闭合回路，当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。这种物理现象称为热电效应（塞贝克效应）。 热电偶测温原理是利用热电效应。如图21—1所示，热电偶就是将A和B二种不同金属材料的一端焊接而成。A和B称为热电极，焊接 的一端是接触热场的T端称为工作端或测量端， 也称热端；未焊接的一端处在温度T0称为自由端 或参考端，也称冷端(接引线用来连接测量仪表的图21—1热电偶 两根导线C是同样的材料，可以与A和B不同种材料)。T与T0的温差愈大，热电偶的输出电动势愈大；温差为0时，热电偶的输出电动势为0；因此，可以用测热电动势大小衡量温度的大小。国际上，将热电偶的A、B热电极材料不同分成若干分度号，并且有相应的分度表即参考端温度为0℃时的测量端温度与热电动势的对应关系表；可以通过测量热电偶输出的热电动势值再查分度表得到相应的温度值。热电偶一般用来测量较高的温度，应用在冶金、化工和炼油行业，用于测量、控制较高的温度。 本实验只是定性了解热电偶的热电势现象，实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它们封装在悬臂双平行梁上、下梁的上、下表面中，二个热电偶串联在一起，产生热电势为二者之和。 三、需用器件与单元：机头平行梁中的热电偶、加热器；显示面板中的F/V表(或电压表)、-15V电源；调理电路面板中传感器输出单元中的热电偶、加热器；调理电路单元中的差动放大器；室温温度计（自备）。 四、实验步骤： 1、热电偶无温差时差动放大器调零：将电压表量程切换到2V档，按图21—2示意接线，检查接线无误后合上主、副电源开关。将差动放大器的增益电位器顺时针方向缓慢转到底（增益为101倍），再逆时针回转一点点（防电位器的可调触点在极限端点位置接触不良）；再调节差动放大器的调零旋钮，使电压表显示0V左右，再将电压表量程切换到200mV档继续调零，使电压表显示0V。并记录下自备温度计所测的室温tn。

基于单片机的热电偶测温系统的设计

技术创新 《微计算机信息》 (嵌入式与SOC )2009年第25卷8-2期360元/年邮局订阅号：82-946 《现场总线技术应用200例》 单片机开发与应用 基于单片机的热电偶测温系统的设计 The Design of Thermocouple Temperature Measurement System Based on SCM （西安外事学院） 荆海霞周琳勃王仁道廖娜 JING Hai-xia ZHOU Lin-bo WANG Ren-dao LIAO Na 摘要:在现代化的工业现场,常用热电偶测试高温,测试结果送至主控机。由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系,所以必 须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。该系统通过高精度模/数转换器AD7705对热电偶电动势进行采样、放大,并在单片机内采用一定算法实现对热电偶的线性化处理,再通过数/模转换器AD421进行数/模转换产生4mA~20mA 电流,送主控中心。 关键词:热电偶;线性化;AD 转换;DA 转换;单片机中图分类号:TP273文献标识码:A Abstract:Thermocouple is used frequently in high-temperature test in the modernized industry scene,then the test results are deliv -ered to master control machine.As the non -linear relationship between thermoelectric potential and temperature,it must be carried out on the thermocouple linear processing in order to maintain accuracy of test.This article is for the linearization of thermocouple.The general idea is to study high-precision A/D converter AD7705,which samples and enlarges the thermoelectric potential from the thermocouple,to use a certain algorithm for the linearization processing in the microcontroller,and to convert the data to produce the 4mA-20mA current through high precision A/D converter AD421. Key words:Thermocouple;Linearization;AD conversion;DA conversion;Single-chip-micro-computer 文章编号:1008-0570(2009)08-2-0088-02 1引言 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一，它具有构造简单、使用方便、准确度、热惯性小、稳定性及复现性好、温度 测量范围宽等优点，适用于信号的远传、 自动纪录和集中控制，在温度测量中占有重要地位。但由于热电偶的热电势与温度呈 非线性关系，增加了显示与处理的复杂性；且随着工业发展、 自动化的不断加强，对温度精度要求越来越高。为了提高热电偶测量温度的精度，必须从硬件和软件两方面同时入手：硬件设计必须使用高精度A/D 和D/A 器件，软件设计必须设计出合理的满足工业要求的线性化算法，从这两方面解决热电偶测试高温的精度问题。 本文提出的系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器AD7705和高精度数/模转换器AD421，分别实现对热电偶电动势的采样、放大、AD 转换和对线性化处理的数据转换，软件设计提出一种“最佳非等距离分段算法”，并在程序中 采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。 试验结果表明，该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题，使仪器仪表精度达到1/1000，满足工业设计要求。 2硬件电路设计 本设计是基于STC89C52单片机的硬件设计。系统总原理 框图如图1所示。 控制电路以单片机为中心，控制其他部分完成各自的功能。其中模/数转换部分采用16位高精度AD 转化器AD7705，采用自校准，提高其抗干扰能力和精度；数/模转换部分采用高 精度DA 转换器AD421，在电路设计上，采用光隔离，控制 AD421完成其功能，AD421为16位高精度数/模转换器，它将来自单片机线性化处理后的数据进行DA 转化，产生4mA-20mA 电流，送控制中心。 图1系统框图 2.1模/数转换电路 图2AD 转化电路 模/数转换电路部分，采用16位、双通道、低成本、高精度模/数转换功能的AD7705。AD7705是AD 公司推出的16位∑－Δ（电荷平衡式）A/D 转换器，包括由缓冲器和增益可编程放大器（PGA ）组成的前端模拟调节电路、∑－Δ调制器及可编程数字滤波器等，能直接对来自传感器的微弱信号进行A/D 转换。此外他还具有高分辨率、宽动态范围、自校准，低功耗及优良的抗噪声性能，因此非常适用于仪表测量和工业控制等领域。使用时通过单片机控制其单双极性、增益倍数、选择通道的输入和 荆海霞:教师讲师硕士 88--

热电偶测温基本原理

1．热电偶测温基本原理 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。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。 A,B 两种导体，一端通过焊接形成结点，为工作端，位于待测介质。另一端接测温仪表，为参考端。为更好地理解下面的内容，我们将以上测温回路中形成的热电动势表示为EAB(T1,T0),理解为：A、B两种导体组成的热电偶，工作端温度为T1,参考端温度为T0，形成的热电动势为EAB(T1,T0)。 需要特别强调的是：热电偶测温，归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值，是因为它已经将热电动势转换成了温度。 图中，工作端温度T1, A、B与C、D连接处温度为T2，测量仪表端(参考端)温度为T0。 我们可以把总回路的总电动势E 分成两段热电动势的和，即A、B为一段，热电动势为EAB(T1,T2)，C、D为另一段，热电动势为ECD(T2,T0), 即： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0) (热电偶中间导体定律) (1)

在上图中，如果C、D的材质和A、B完全一样，即C即为A，D即为B,相当于热电偶A、B 在T2(中间温度)处产生了一个连接点，此时，回路总电势为： E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (热电偶中间温度定 律) (2) 从式(2)我们可以看出，只要是相同的热电偶，中间产生了连接点，则总电势与连接点的温度(中间温度)无关，而只与工作端和参考端的温度有关。这正是我们希望得到的。我们在热电偶布线中，不需要考虑中间有没有连接点，也不需要考虑连接点的温度，而是和一根热电偶连接到介质和测量仪表一样。 再来比较式(2)和式(1)。如果我们能找到某种材料C、D，它能满足： ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3) 则式(1)成为： E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0) (4) 满足式(3)的材料C、D我们称为热电偶A、B的补偿导线。 式(4)还告诉我们，使用了补偿导线，我们将T2延伸到了T0，但最后我们的测量结果与T2无关，这样我们也可以理解为，因为我们使用了导线C、D，是它补偿了T2处连接所产生的附加电势，而使得我们最终测量不需要再考虑T2，这也是C、D为什么叫补偿导线的原因， 2．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

基于单片机测温系统意义

摘要 目前，在自动控制领域用温度作为一种控制量对系统进行自动控制已经越来越普遍。针对这种实际情况本文设计了一种简单实用的温度报警系统。本设计采用了单片机AT89S52和温度传感器DS18B20组成了温度自动测控系统，可根据实际需要任意设定温度值，并进行自动控制。在此设计中利用了AT89S52单片机作为主控制器件，DS18B20作为测温传感器通过LCD数码管串口传送数据，实现温度显示。通过DS18B20直接读取被测温度值，进行数据转换，能够设置温度上下限来设置报警温度。并且在到达报警温度后，系统会自动报警。 关键词：自动控制温度单片机报警

Abstract Now it is very common to use temperature as a control volume to achieve automatic control. This paper designed a simple and practical auto temperature alarm system to meet the actual condition. This design uses a microcontroller AT89S52 and temperature sensor DS18B20 automatic temperature control system formed can be arbitrarily set the temperature according to the actual value and for automatic control. In this design using the AT89S52 microcontroller as the main control device, DS18B20 as an LCD digital temperature sensor tube through the serial transmission of data, to achieve temperature display. DS18B20 measured by direct reading temperature values, data conversion, to set the temperature to set the alarm on the lower temperature. And the temperature reaching the alarm, the system will automatically alarm. Keywords: achieve automatic control temperature AT89S52 alarm

基于单片机的热电偶测温系统

基于单片机的热电偶测温系统

毕业论文 基于单片机的热电偶测温系统 摘要 热电偶传感器是目前接触式测温中应用最广的热电式传感器，在工业用温度传感器中占有及其重要的地位。本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，该测温系统由温度测量电路、运算放大电路、A/D转换电路及显示电路组成，以AT89C51单片机为主控单元。文中首先介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，结构形式，及其特点等，另外简答介绍了硬件平台中相关模块的功能及用法。另外对硬件电路包括温度转换芯片MAX6675、K型热电偶、89C51单片机、数码管等元器件及温度采集电路、温度转换电路、数码管显示电路做了详细的介绍及说明。 关键词温度传感器热电偶热时间常数冷端补偿

The thermocouple temperature measurement system based on single chip microcomputer ABSTRACT Thermocouple sensor is currently the most widely used in non-contact temperature measurement of thermoelectric sensors, in the industry with a temperature sensor and its important status. This paper designed the thermocouple temperature measurement system based on single chip microcomputer, the temperature measurement system composed of temperature measuring circuit, operational amplifier circuit, A/D conversion circuit and display circuit, AT89C51 single chip processor as the main control unit. This paper first introduces the principle of thermocouple temperature measurement, the thermocouple cold junction compensation method, structure form, and its characteristics, etc., in the hardware platform are introduced another short answer function and usage of related modules. In addition to hardware circuit including temperature conversion chip MAX6675, K type thermocouple, 89 c51, digital tube and other components and temperature acquisition circuit, temperature conversion circuit, digital tube display circuit made detailed introduction and description. KEY WORDS Temperature sensor Thermocouple Thermal time constant Cold junction compensation

热电偶测温原理及常见故障

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是： ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 1．热电偶测温基本原理 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。 常用的热电偶材料有： 热电偶分度号热电极材料 正极负极 S 铂铑10 纯铂 R 铂铑13 纯铂 B 铂铑30 铂铑6 K 镍铬镍硅 T 纯铜铜镍 J 铁铜镍 N 镍铬硅镍硅 E 镍铬铜镍 2．热电偶的种类及结构形成

（1）热电偶的种类 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范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。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3．热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶冷端补偿原理 热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将影响严重测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿。 热电偶的冷端补偿通常采用在冷端串联一个由热电阻构成的电桥。电桥的三个桥臂为标准电阻，另外有一个桥臂由（铜）热电阻构成。当冷端温度变化（比如升高），热电偶产生的热电势也将变化（减小），而此时串联电桥中的热电阻阻值也将变化并使电桥两端的电压也发生变化（升高）。如果参数选择得好且接线正确，电桥产生的电压正好与热电势随温度变化而变化的量相等，整个热电偶测量回路的总输出电压（电势）正好真实反映了所测量的温度值。这就是热电偶的冷端补偿原理。

基于单片机的温度检测与控制系统的设计(论文)开题报告

河南中医学院 本科生毕业设计（论文）开题报告 题目：基于单片机温度检测与控制系统设计 院系：信息技术学院 专业：计算机科学与技术 班级：2010级计科班 学号：2010180042 学生姓名：郭文珠 指导教师：谢志豪 2013年11月13日 一、立题依据（包括研究的目的与意义及国内外现状）： 研究的目的与意义 这次毕业设计选题的目的主要是让我们将所学的知识应用与生活当中，掌握系统总体设计的流程，方案的论证，选择，实施与完善。通过对温度控制系统的设计、制作、控制、测试的全过程，提高对单片机的认识和实际操作的能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求，培养自己的研发能力，提高自己的查阅资料，语言表达和理论联系实际的能力。 温度控制无论在日常生活还是工业生产中都有分厂重要的作用，随着社会经济的高速发展，更多方面对温度控制的可靠性和稳定性有了更高的要求，而单片机进行温度的调节就具备很高的可靠性[1]。 国内外现状 国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并行指进示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统[2]。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展[3]。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展[4]。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享可靠性差等缺点[5]。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标更准确，更加稳定可靠。 二、研究主要内容（包括计划解决的具体问题或实现的基本功能，研究中的重难点分析、实用性及创新性分析，预期达到的成果等。不得低于800字）： 计划实现的基本功能 温度控制系统主要是完成温度信号采集、处理、显示等功能[6]。设 计叙述了基于单片机的温度检测与控制系统的设计，包括硬件的设计以 及软件的设计，该系统在硬件设计上主要是通过温度传感器对温度进行 采集，把温度转成变化的电压，然后由放大器将信号放大，通过转化器

基于单片机的热电偶测温系统

基于单片机的热电偶测温系统 一设计简述 本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，简单设计了硬件电路，信号放大电路采用放大器LTC2053将热电偶的输出mv型号放大，再经过ICL7109转换器转换为12位的数字信号，输入给单片机，驱动数码管显示电路显示4位温度值。扩展部分有键盘电路和报警电路。软件部分设计了转换器和键盘及显示电路。 关键字：热电偶；LTC2053放大器；ICL7109转换器；数码管 二设计内容 随着人们生活水平的提高，人们对家用电子产品的智能化、多功能化提出了更高的要求，而电子技术的飞速发展使得单片机在各种家用电子产品领域中的应用越来越广泛。 把以单片机为核心，开发出来的各种测量及控制系统作为家用电子产品的一个组成部分嵌入其中，使其更具智能化、拥有更多功能、便于人们操作和使用，更具时代感，这是家用电子产品的发展方向和趋势所在。有的家用电器领域要求增加显示、报警和自动诊断等功能。这就要求我们的生产具有自动控制系统，自动控制主要是由计算机的离线控制和在线控制来实现的，离线应用包括利用计算机实现对控制系统总体的分析、设计、仿真及建模等工作；在线应用就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路使控制系统“软化”，使计算机位于其中，并成为控制系统、测试系统及信号处理系统的一个组成部分，这类控制由于计算机要身处其中，因此对计算机有体积小、功耗低、价格廉以及控制功能强有很高的要求，为满足这些要求，应当使用单片机。 2热电偶测温原理 1.1热电效应 将两种不同成分的导体组成一闭合回路，如图1所示。

图1 当闭合回路的两个接点分别置于不同的温度场中时，回路中将产生一个电势，该电势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关，这种现象称为“热电效应”。 1.2接触电势 A和B两种不同材料的导体接触时，由于电子的扩散运动，A与B两导体的接触处产生了电位差，称为接触电势。接触电势的大小与导体材料、接点的温度有关，与导体的直径、长度及几何形状无关。 对于温度分别为t和t0的两接点，可得下列接触电势公式：（温度为t时的接触电势，温度为t0时的接触电势） e AB(T0)=U At0 - U Bt0 1.3温差电动势 将某一导体两端分别置于不同的温度场t、t0中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端移动，这样，导体两端便产生了电势，这个电势称为温差电势。 导体A、B在两端温度分别为t和t0时形成的电势 e A(t,t0)=U At–U At0 e B(t,t0)=U Bt–U Bt0 1.4热电偶的电势 将由A和B组成的热电偶的两接点分别放在t和t0中，热电耦的电势为： E AB(t,t0)=e AB(t)-e AB(t0)-e A(t,t0)- e B(t,t0) 由于接触电势比温差电势大的多，可将温差电势忽略掉，则热电偶的电势为 E AB(t,t0)= e AB(T)- e AB(T0) (AB的顺序表示电势的方向；当改变脚注的顺序时，电势前面的符号（正、负号）也应随之改变) 综上所述，可以得出以下结论： 热电偶热电势的大小，只与组成热电偶的材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关，当热电偶两电极材料固定后，热电势便是两接点电势差。 1.5热电偶的基本定律