热电偶温度计设计

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1、智能仪器设计报告项目名称：基于热电偶的智能温度数显表的设计姓名：郭静班级学号：65080317联系电话：13944916267电子信箱：guojing9077@qq.com-10-摘要温度是表征物体冷热程度的物理量,是国际单位制中七个基本物理量之一,它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合；但其信号输出灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号和前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。随着科技的迅速发展,高温、超高温、低温、超低

2、温等非常态实验及工程应用越来越多,越来越复杂;另一方面,武器型号、重大装备及精密制造技术的发展也对温度测量的要求越来越高。因此，精确的智能温度仪表有着迫切的发展需要。在工业过程仪表中，温度数显仪表是一个常用的仪表，随着电子技术的发展，利用先进的单片机技术设计的仪表越来越多。本文设计了基于热电偶的智能温度数显表，采用了P89LPC935单片机，该数显表具有具有很高的性能价格比和实用价值。-10-一、总体方案设计1．主要功能及技术指标·测温范围：0―1000℃·精确度：0.5℃。·5位LED的显示。·具有数据远传通信功能。·具有温度上限设定、温度超限警报和继电器输出功能。·具有断线检测功能。2.传

3、感器的选型热点偶属于热电式传感器，热电偶又两种不同的导体材料构成，当两接点温度不同时，在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热点效应，该电动势成为热电势，由接触电势和温差电势两个部分组成。本设计采用偶丝直径为2.0mm的K型热电偶作为温度传感器。3.单片机的选择单片机是整个仪器的核心，它负责测量过程的管理和数据处理。本仪器采用Philips公司的P89LPC935单片机，它具有高性能的处理器结构，指令执行时间只需2―4个时钟周期，6倍于标准80C-10-51器件。它内部有8位逐步逼近式模式/数模转换模块和SPI、UART串行通讯接口，还具有片内上电复位、看门狗定时器复位及掉电中断复位和检测功等

4、功能。4.仪器的总体框图图1是仪器的总体框图。该仪器主要由单片机、信号调理电路、人机接口电路和串行通信电路几部分组成。RS-485通信接口被测量信号放大电路温度补偿电路单片机键盘输入接口显示器接口LED键盘图1仪器的总体框图二、主要电路设计1.信号调理电路此部分电路由三部分组成：信号放大电路、温度补偿电路、断线检测功能电路，如图2所示。-10-图2⑴信号放大电路热电偶的输出电压很小，需要采用高灵敏度运放。本设计采用低价格、低功耗仪用放大器AD620。由于其输入采用了超β处理技术，使AD620有较低的输入偏置电流、较高的精度和较高的建立时间。作为前放，AD620的REF端应与负载地公地，以免高频

5、干扰。1）放大倍数的选择K型热电偶1000℃（满度）的感应电动势为41.28mV，运放增益G应为：G=5V/41.28mV=121(设1000℃时输出电压为5V)又由AD620的增益式G=1+49.4kΩ/RG，得出RG=412Ω，因此RG应选用1K的电位器调阻值在412Ω左右。2）R1与C1的选择-10-R1和C1是进行噪声滤除的低通滤波器。时间常数越大，消除噪声效果越好，但相应速度较慢。另外，R1增大，运放的输入偏置电流要产生偏移电压，因此R1阻值不能过大。AD620偏置输入电流为20nA，R1=10K时，产生20uA的偏移电压。⑵温度补偿电路基准节点温度补偿采用温度传感器LM35D。他每

6、1℃温度相应输出电压为10mV，用电阻分压，并用电位器调整使其输出电压为相应电压，进行基准节点的温度补偿。⑶断电检测功能电路R5是检测传感器断线电阻。热电偶断线是，运放输出就要超出范围。然而，因接有电阻R3，热电偶的内阻会产生偏移电压。另外，断线时运放输入偏置电流要流经R3。因此，不能采用输入偏置电流较大的运放。2.键盘接口电路键盘接口电路如图3所示。键盘由4个键组成，分别设定键SET、加1键INC、移位键SHIFT和复位键CLR。键盘模式寄存器（KBPATN）用于定义与P0口值相比较的模式，键盘中断屏蔽寄存器（KBMASK）用于定义连接到P0口的使能触发中断的输入管脚。当有键按下是，产生键盘

7、中断，当键盘中断功能有效且条件匹配是，键盘中断控制寄存器（KBCON）中的键盘中断标志（KBIF）置位，如果通过置位IENI寄存器的EKBI为和EA位将中断使能，则会产生一个中断。-10-图33.显示电路单片机P89LPC935利用高速串行通信接口SPI将测量数据传输给位移寄存器74LS595，该寄存器驱动LED显示器。显示电路如图4所示。SPI是一种全双工、高速、同步的通信总线，有两种操作模式：