热电偶性能测试仪的设计

毕业项目报告纸共页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要：热电偶它的结构简单、测温范围大、响应也比较快，所以它是一种被广泛使用的测温元件。其实热电偶的结构比较简单,并且它也是一种测控元件,在一般的工业生产中有着至关重要的作用。在现在许多热电偶的设计中都用到了我在大学里所学的51单片机，所以对于我来说，研究此课题作为我的毕业设计十分恰当。单片机测控系统的应用已经深入到工业生产的许多角落，它的广泛应用大大提高了生产效率，简化了劳动过程，对生产也有了一定的安全作用。同时单片机技术也在应用中不断发展完善，在性能、功能、集成度以及易用性上都有着显著的提高。通过这一次毕业设计，我可以将所学的单片机、计算机控制技术、微机原理、数字电路、模拟电路等课程作一次完整的应用实践，对于更好的理解掌握有着重要的意义。关键词：热电偶单片机Abstract：Thermocoupletemperaturerangeofsimplestructure,largeandrapidresponse,isawidelyusedtemperaturemeasuringdevices.Butthethermocoupleoutputisnonlinear,andpotentialdifferencesbetweenindividuals,sousepriortoeachcalibrationcharacteristiccurve.Howfastandaccuratedetermination,thermocouplecharacteristiccurveiswortharesearchtopic.Theapplicationofmicrocontrollermeasure-controlsystemhasbeendeeplyintoeverycornerofindustrialproduction,it'swidelyenhancedtheproductionefficiency,andsimplifiestheprocessoflabor.WhileintheapplicationofSCMtechnologyunceasingdevelopment,performance,function,integrationandease-of-usehaveimprovedsignificantly.Throughthistimeofgraduationdesign,theSCM,computercontroltechnology,microcomputerprinciple,digitalcircuits,analogcircuitcourseasacompleteapplicationpractice,forabetterunderstandingofmasterhasthevitalsignificance.Keywords:Thermocouplemicrocontroller毕业项目报告纸共页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录一、绪论………………………………………………………………………1.1概述………………………………………………………1.2简介…………………………………………………………1.3目的…………………………………………………二、设计的理论基础……………………………………………2.1基本原理…………………………………………………………2.2种类和结构………………………………………………………三、热电偶性能测试仪的总体设计……………………………………………………3.1课题分析3.1.1设计要求与分析………………………………………………3.1.2系统的组成……………………………………………3.1.3系统设计………………………………………………3.1.4单片机的选择………………………………………….3.2AT89C51单片机……………………………………………..3.2.189C51的概况……………………………………………..3.2.2封装与引脚定义……………………………………………3.2.3运算器…………………………………………………..3.2.4复位电路及单片机的工作方式……………………………………………3.2.5空闲节电模式…………………………………………………………………3.2.6控制器………………………………………………………………………….3.2.7掉电模式……………………………………………………………..3.3器件选择……………………………………………3.3.1放大器……………………3.3.2A/D转换器……………………………………………3.3.3串行接口器件……………………………………………………………….四、热电偶性能测试仪的硬件设计4.1单片机电路设计…………………………………………………..4.2通道设计………………………………………………………………..4.2.1温度检测与信号放大电路……………………………………………………4.2.2A/D转换器…………………………………………………………………4.2.3串行接口……………………………………………………………….4.3操作控制面板设计………………………………………………………………..毕业项目报告纸共页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.3.1按键电路………………………………………………………………..4.3.2LCD接口电路……………………………………………………………4.4控制执行电路设计…………………………………………………………..4.5综合设计…………………………………………………………………….4.6开发工具介绍………………………………………………………………..五、结论…………………………………………………………………………5.1热电偶性能参数测试仪…………………………………………………..5.2毕业设计结果………………………………………………………………5.3毕业设计所达的目的……………………………………………………………谢辞……………………………………………………………………………….参考文献…………………………………………………………………………….毕业项目报告纸共页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论1.1概述热电偶结构简单、测温范围大、响应快，是一种广泛使用的测温元件。但热电偶的输出电势是非线形的，且个体间存在差异，因此使用前需要逐一标定特性曲线。如何快速准确地测定热电偶特性曲线，是一个值得研究的课题。单片机测控系统的应用已经深入到工业生产的每一个角落，它的广泛应用大大提高了生产效率，简化了劳动过程。同时单片机技术也在应用中不断发展完善，在性能、功能、集成度以及易用性上都有着显著的提高。通过这一次毕业设计，得以将所学的单片机、计算机控制技术、微机原理、数字电路、模拟电路等课程作一次完整的应用实践，对于更好的理解掌握有着重要的意义。1.2简介为了方便的检测热电偶的特性曲线，现在我尝试利用自己所学知识以及查询的一些资料来设计单片机热电偶性能参数测试仪，总结它的功能，以便更好的阐述我的设计内容：◎可以实现实现对炉温的可测可控，它的测温要求在这里是精确到2℃，控温的方式有两种是自动和手动调节。◎这里如果加入软件编程就可以测定0～500℃时热电偶的温度－热电势对应曲线，并且能显示在LCD屏上；◎带RS－232串口输出功能，可以向电脑输出特性曲线图并打印1.2设计目的为了完成本次设计，我在工作及闲暇时间学习热电偶测温的基本原理和它的测控系统的方法，其实最重要的是我必须将自己所了解的知识和经验运用到此项设计当中。我的基本思想是采用一个我已经标定的分度和特性曲线的热电偶作为标准电偶，根据此电偶输出电势对炉温进行检测和控制，同时检测待测电偶的输出电势，将该值与标准电偶测得炉温对应逐点显示在液晶显示屏上，即为特性曲线。通过软件的编程我们可以设置它的最高温度为500度。这样当温度升到500℃时系统就会自动切断加热电源，通过RS-232串口可向电脑输出该特性曲线图并打印。液晶屏显示内容包括工作模式（自动/手动），当前炉温数值，输出电势数值。键盘控制部分包括以下几个按钮：工作模式切换，炉温+/-、打印、复位。第二章基础毕业项目报告纸共页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2.1基本原理1823年塞贝克发现，把两种不同的金属组成闭合回路，且使其两接触点处温度不同，回路中就会产生电流，把这个物理现象称为塞贝克效应，亦称热电效应。将两种不同导体材料A和B，两端连接在一起组成回路，一端温度为T0，一端温度为T（若TT0），则如图微安表上会有一定读数；若将T0触点分开，则端口产生一个与温度T、T0及导体材料A、B有关的电EAB（T，T0），这个电势就是塞贝克电势。利用这一原理，在工程上可以用热电偶将温度变化转化为电势差的变化，从而将温度信号转化为电信号，方便了测量也提高了精度。2.2种类和结构根据热电偶的工作原理，在我们看来似乎只要是两种不同的金属材料就可以制成热电偶，但为了保证热电偶的可靠性和它的一个测量精度，在一棒工业中热电偶材料必须具备以下特性：1．在测量范围内，它的热电性质必须稳定，并且要有足够的物理化学稳定性，不易氧化和腐蚀。2．热电势要足够大，这样才便于我们测量，并且热电势和温度为单值对应关系，最好是线性关系。3．电阻温度系数小，电导率高。4．材料的复制性好，机械强度高，易制成标准分度，工艺简单，价格便宜。第三章热电偶性能测试仪的总体设计毕业项目报告纸共页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3.1课题分析3.1.1设计要求与分析热电偶使用前需要有一个标定的特性曲线。本次设计本着方便检测大批量热电偶的特性曲线的目的，需要开发一套单片机自动控制装置，实现可以对炉温进行控制，待测热电偶特性曲线屏幕实时显示，可打印输出。标定范围从0℃到500℃下待测电偶的输出电势与炉温对应关系曲线，炉温可手动调节，最小分度2℃。该系统属于单片机温度测控系统。在任何单片机测控系统中，都是从尽量快速，尽量准确，尽量完整的获得数字形式的数据开始的，因此，数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的桥梁起着非常重要的作用。随着计算机技术及大规模集成电路的发展，特别是微处理器及高速A/D转换器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所代替。因为由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统的灵活性和可靠性大大的提高，系统的硬件成本和系统的重建费用大大的降低。数据采集系统一般由信号调理电路，采样保持电路，A/D，单片机组成，该系统加上可控硅控制装置即构成了测控系统。3.1.2系统的组成一.信号调理电路信号调理电路是传感器与A/D之间的桥梁，也是测控系统中重要组成部分。主要功能是：（1）可以将我们日常经常碰到的一些模拟信号转换为数字信号。（2）有时候我们的某些测量信号可能不是电压量，比如说热电阻等等，这些非电压量信号必须变为电压信号，还有些信号是弱电压信号，如热电偶信号，这是我们必须对这些信号进行放大，滤波。（3）在有些时候系统会收到许多不明的外在因素干扰，这时候我们必须得减少这些干扰。综上所述，非电量的转换，对一些信号进行放大，或者说是减少它的一些外在因素的干扰，我们必须加入调理电路来实现更好的采集信号资源。信号调理电路包括电桥，放大，滤波，隔离等电路。根据不同的调理对象，采用不同的电路。信号放大电路通常由运放承担，运放的选择主要考虑精度要求，速度要求，幅度毕业项目报告纸共页第7页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊