基于单片机和K型热电偶的温度测量仪表设计

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：1℃±FS*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。

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。

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0-26653 sbit SO=P1^0; //P1.0口与SO相连sbit SCK=P1^1; //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=P1^0; //P1.0口与SO相连sbit SCK=P1^1; //P1.1口与SCK相连sbit CS=P1^2; //P1.2口与CS相连sbit buzzer=P1^6; //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_1[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//共阳LED段码表uchar code tab_2[10]={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_3[4]={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;i<16;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_2<<1;//向左移一位，取0-14位Temp_2=Temp_2>>4; //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_2>200){for(j=300;j>0;j--);buzzer=0;}elsebuzzer=1;return(Temp_2);}void Disp_temp()//温度显示{uint temp=wendu;temp=temp*10;if(wendu<=200) //最高读取温度设定为200摄氏度{xiao=(temp&0x0f)*10/16; //取小数位数字temp=temp/10;ge =temp%10;//取个位数字temp=temp/10;shi =temp%10;//取十位数字bai =temp/10;//去百位数字//动态扫描显示各位数字，P3.1-P3.4口输出位码P3=0x00;P0=tab_1[bai];P3=tab_3[0];for(j=300;j>0;j--);P3=0x00;P0=tab_1[shi];P3=tab_3[1];for(j=300;j>0;j--);P3=0x00;P0=tab_2[ge];P3=tab_3[2];for(j=300;j>0;j--);P3=0x00;P0=tab_1[xiao];P3=tab_3[3];for(j=300;j>0;j--);}}void main()//主程序{for(j=300;j>0;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=P1^2; //P1.2口与CS相连sbit buzzer=P1^6; //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_1[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//共阳LED段码表uchar code tab_2[10]={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_3[4]={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;i<16;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_2<<1;//向左移一位，取0-14位Temp_2=Temp_2>>4; //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_2>200){for(j=300;j>0;j--);buzzer=0;}elsebuzzer=1;return(Temp_2);}void Disp_temp()//温度显示{uint temp=wendu;temp=temp*10;if(wendu<=200) //最高读取温度设定为200摄氏度{xiao=(temp&0x0f)*10/16; //取小数位数字temp=temp/10;ge =temp%10;//取个位数字temp=temp/10;shi =temp%10;//取十位数字bai =temp/10;//去百位数字//动态扫描显示各位数字，P3.1-P3.4口输出位码P3=0x00;P0=tab_1[bai];P3=tab_3[0];for(j=300;j>0;j--);P3=0x00;P0=tab_1[shi];P3=tab_3[1];for(j=300;j>0;j--);P3=0x00;P0=tab_2[ge];P3=tab_3[2];for(j=300;j>0;j--);P3=0x00;P0=tab_1[xiao];P3=tab_3[3];for(j=300;j>0;j--);}}void main()//主程序{for(j=300;j>0;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。