热电偶测温系统设计
基于热电偶的温度测试仪设计
基于热电偶的温度测试仪设计摘要：基于热电偶的温度测试仪，该仪器是以AT89C51单片机为核心，由AD590，由热电偶测量热端温度T，该热电偶采用K型热集成温度传感器测量冷端温度T电偶（镍铬-镍硅热电偶）。
它们分别经过I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，再通过二次查表法计算出实际温度值，此值送4位共阴极LED数码管显示。
该热电偶测温仪的软件用C语言编写，采用模块化结构设计。
关键词：热电偶，冷端温度补偿，89C51单片机，ADC0809，线性化标度变换Abstract:Thermocouple-based temperature testing instrument, the instrument is based on AT89C51 microcontroller as the core, from AD590 integrated temperature sensor measures the cold junction temperature T0, measured by the thermocouple hot-side temperature T, the use of K-Thermocouple Thermocouple ( Ni-Cr - Ni-Si thermocouple). They are through the I / V conversion and linear amplification, time for A / D conversion, the converted digital signal into the AT89C51 microcontroller, microcontroller operation after processing into ROM address, and then through the second look-up table method to calculate the actual temperature value, this value is sent to four common cathode LED digital tube display. The thermocouple thermometer software with C language, using a modular structure design.Keywords:Thermocouple, cold junction temperature compensation, 89C51 microcontroller, ADC0809, linear scale transformation目录1 前言 (1)2 整体方案设计 (2)2.1方案论证 (2)2.2方案比较 (3)3 单元模块设计 (4)3.1冷端采集和补偿电路模块 (4)3.1.1 AD590介绍 (4)3.1.2冷端采集和补偿电路分析 (6)3.2热端放大电路模块 (6)3.3A/D转换器ADC0809 (7)3.4单片机模块 (8)3.5LED显示模块 (11)4 软件设计 (13)4.1主程序 (13)4.2A/D转换子程序 (13)4.3线性化标度变换子程序 (15)5 系统调试 (18)5.1调试软件介绍 (18)5.1.1 ISIS简介 (18)5.1.2 Keil C51简介 (18)5.2硬件调试 (18)5.3软件调试 (19)5.4硬件软件联调 (20)6系统技术指标及精度和误差分析 (21)7设计小结 (22)8总结与体会 (23)9参考文献 (24)附录1：电路总图 (25)附录2：软件代码 (26)1 前言温度是表征物体冷热程度的物理量，温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。
热电偶线性测温系统设计
模 块 用数 字温度 传感 器将 冷 端 温度采 集 回来 ， 利 用单 片机 将 其转化 为相 应 的热 电势 ， 同热端温度进行 匹
配， 运 用拟合 公 式运 算 ， 完成 热 电偶 测温 的整 个过程 。
关键 词 ： 温度 测 量 ； 线性 化 ； 最 小二 乘法
中图分 类号 ： Ｏ５ ５ １ ． ２
热电偶线性测温系统中较为核心的线性化环节 是 由单片机 完成 的 ， 通过 查 询相关 热 电偶 的分度 表 ，
利用 最 小二 乘 法将 整 个 测 温 区域 进 行划 分 ， 在 每一 段划 分范 围 内用拟 合 出的公 式表 达 出温 度与热 电势
的 关 系．每 一 环 节 中有 针 对 性 的 选 择 所 需 要 的 器
中应用 最广 泛普 遍 的传感 元 件 之一 。然 而热 电偶 在
度 进行 一 系列 的计算 才 能准 确 的折 合 出现 场温 度 。 在 整个 系统 中还 需 要有 通 信 模块 ， 用 于 单 片机 与计 算 机 的连 接 ， 具体 的系 统 流程框 图如 图 １ 。
工作过程 中存在两个 问题 ， 其一就是热 电偶分度表 不 可 能将 所 有 量程 内 的温 度 都 表示 出来 ， 从 而 存 在
器 所采 集来 的信 号 也要 通 过 单 片机 处 理 ， 与热 端温
系数 、 电导 率 、 热导 率 、 热 辐 射 等 等 的 变 化来 判 断 被 测 物 体温度 的。 虽然 在温 度 测量 中有许 多不 同方 法 ， 但 热 电偶 以其独 特 的优 点成 为 目前 工业 上温 度测 量
用 环境 ， 一般 都是在 工业 生产 过程 中进 行使用 ， 所 以
ｆ （ ｘ） ＝ ∑ａ ｊ Ｘ Ｊ
基于K型热电偶数据拟合的温度测量系统设计
为恒 定时 ，热 电动 势 单值 函数 关 系。
（， 与 测量端 温 度 Ｔ为
由于 热 电偶 的标 准 分 度 表 是 在其 冷端 温 度 为０ ℃的 条件 下 测 的 热 电 势 。所 以在 使 用 热 电 偶 时 ，只有 满 足 Ｔ ＝ ０Ｃ的 条 件 下 ，才 能 使 用 分 度 ｏ ｏ
０ 引言
Ｋ 型 热 电偶 由于 结 构 简单 ，测 温 范 围广 ，性 能 稳 定 ，测 量 精 度 较 高 等 特 点被 广 泛 用 于 测 量 气
体 、 液 体 、 固 体 在 一０ ℃ ～ １ ０ ℃范 围 内温 度 。 ２０ ３０
１ 系统构成
为 了 提 高 测 量 精 度 ， 系 统 采 用 ＡＤ５ ２温 度 ９ 传 感器 实 现 冷 端 补 偿 。根 据 中 间温 度 定 理 ，信 号 处理模 块 完成将 Ａ ９ Ｄ５ ２补 偿 的 电压 与 热 电 偶 输 出的热 电势 相 加 完 成 冷 端 补偿 ，并 且 将 补偿 后 的 电 压 放大 满足 数 据 采 集 卡 对 输 入信 号 的要 求 ，数
石明江 ，张
禾 ，何 道清
Ｓ ｎ －ａ ｇ Ｚ ＡＮ Ｈ 。 Ｅ Ｄ ｏｑｎ ＨＩ ｇｊ ｎ ． Ｈ Ｇ ｅ Ｈ ａ －ｉｇ Ｍｉ ｉ
（ 西南石 油大学 电气信息 学院 ，成都 ６ ５ ０ １ ０） ０ 摘 要 ： 针对Ｋ 型热 电偶测温 的特性结合虚拟仪器技术 ，本文设计了一种具有高精度的温度测量系统。
务Ｉ 匐 化 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于Ｋ型热 电偶数据拟合的温度测量系统设计
Ｄｅｓｉ ｔ ｅｒ ｏｃｏｕｐｌ ｔ ｇｎ ｏｆ Ｋ－ ｈ ｍ ｅ ｅｍ ｐｅｒ ｕｒ ｅａ ａｔ ｅ ｍ ｓｕｒ ｅｍ ｅｎｔｓ ｔ ｙｓ ｅｍ ａｓｅｄ ｏｎ ｄａ ａ ｆｔ ｉ ｇ ｂ ｔ ｉｔ ｎ
热电偶测温系统设计
热电偶测温系统设计
首先，对于热电偶的选型，需要根据实际应用的温度范围来选择适当的热电偶材料。
常见的热电偶材料有K型、J型、T型等，每种热电偶材料都有其适用的温度范围和精度要求。
例如，K型热电偶适用于-200℃至1250℃的温度范围，而T型热电偶适用于-200℃至400℃的温度范围。
因此，根据实际需求来选择热电偶材料非常重要。
其次，设计放大电路是热电偶测温系统的关键步骤之一、由于热电偶的温度变化非常微弱，通常需要将其输出信号放大才能得到较为准确的温度值。
放大电路可以使用运算放大器或放大器芯片来实现，通常采用差分放大的方式来增强信号的准确性和抗干扰能力。
此外，还需要考虑放大电路的输入阻抗和输出阻抗，以避免对测量结果产生影响。
在信号处理方面，可以使用微处理器或单片机来对放大后的信号进行进一步处理。
通过编程，可以实现温度的实时显示、数据存储和报警等功能。
此外，还可以添加人机界面，方便用户进行操作和调试。
为了确保热电偶测温系统的安全性，需要采取一系列的安全措施。
首先，需要合理选择安装位置，避免与其他高温、高压或易燃物质接触，以防发生事故。
其次，需要定期检查热电偶的连接和绝缘情况，避免因为接触不良或绝缘破损导致电气故障。
此外，还需要考虑系统的过热保护和过压保护功能，以防止设备损坏或人身安全受到威胁。
总之，热电偶测温系统设计需要综合考虑热电偶的选型、放大电路的设计、信号处理以及系统的安全性等方面。
通过合理的设计和实施，可以确保热电偶测温系统的稳定性、准确性和安全可靠性，使其在工业领域得到广泛应用。
基于单片机的热电偶测温系统设计
基于单片机的热电偶测温系统设计摘要本系统由K型热电偶、温度传感器DS18B20、高精度放大器、A/D转换器TLC549、AT89C51单片机、译码显示模块与报警电路等部分构成，根据热电偶中间温度定律, 实现了具有热电偶冷端温度补偿功能的大范围高精度数字测温系统，而在测得温度超出某一范围时即启用报警电路进行超标报警。
文中提出了具体设计方案，讨论了热电偶测温的基本原理，进行了可行性论证。
由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。
关键词K型热电偶；单片机；译码显示；超标报警；冷端补偿1 引言温度是反映物体冷热状态的物理参数，对温度的测量在工农业生产、国防、科研等领域中有广泛地应用。
在某些特殊的场合对温度的检测速度有很高的要求，例如：在测量汽车发动机吸入空气的温度的时候，就要求热响应时间小于1s；航天飞机的主发动机的温度测量要求0.4s 内完成等。
通常用来测量温度的传感器有热电阻温度传感器、热敏电阻、热电偶、半导体温度传感器等几种。
这些常用温度传感器一般在测量固体温度和液体温度时具有较快的响应速度。
但在气体温度测量时候，由于温度传感器自身的热滞特性，而气体传热过程又比较缓慢，气体温度测量就有很大滞后。
工业常用的精度较高的温度传感器有铂热电阻、半导体温度传感器等。
铂热电阻具有温度测量范围大、重复性好、精度高等特点，但是响应不是很快，特别是在对气体温度测量时至少要几秒钟，在某些工作环境比较特殊的场合，如高压环境下，还需使用铠装的铂热电阻，更是延缓了热响应速度。
半导体温度传感器分热敏电阻和PN 结型温度传感器两种。
热敏电阻非常适合对微弱温度变化的测量，但是缺点是非线性严重；PN 结型的特点是体积小、线性输出、精度高，但是不能使用在液体环境，对气体温度变化响应也较慢。
所以常用温度传感器一般都存在着对气体温度变化响应较慢的问题。
在对气体温度实时性测量要求比较高的系统，运用常用温度测量方法很难做到对温度的快速测量，对系统的精度影响就很大。
热电偶测温系统设计课程设计说明
热电偶测温系统设计课程设计说明热电偶测温系统设计摘要：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。
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AT89C2051单片机为主控单元，由K型镍铬-镍硅热电偶测量热端温度T，测量范围在0—1200℃之间，由集成温度传感器AD590测量冷端温度T0，并对测温热电偶的热电势及AD590测得的补偿电势进行采样，送入A/D转换器转换成数字量，存放在单片机内存单元中，经程序解算后得到温度值，转换为BCD 码，同时驱动四位数码管显示。
试验结果显示，该系统对温度测量具有较高的精度，实现了温度测量功能，其主要技术指标达到了系统设计要求。
关键词：热电偶；温度；A/D；单片机4毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前4提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：4学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
基于热电偶的测温系统设计_毕业设计完整版
测温技术在生产过程中，在产品质量控制和检测设备在线故障诊断和安全保护 以及节约能源等方面发挥了重要作用。
xxxxxxxxxxxxxxxx设设设设基于热电偶的测温系统设计基于热电偶的测温系统设计基于热电偶的测温系统设计111111日日xxxxxxxxxxxxxxx测控技术与仪器测控技术与仪器测控技术与仪器11机电工程系机电工程系机电工程系xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx基于热电偶的测温系统设计基于热电偶的测温系统设计基于热电偶的测温系统设计摘要摘要摘要在工业生产过程控制中温度是一个重要的测量参数而热电偶是工程上应用在工业生产过程控制中温度是一个重要的测量参数而热电偶是工程上应用在工业生产过程控制中温度是一个重要的测量参数而热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器之一他的主要特点就是测温范围宽性能比较稳定同时同最广泛的温度传感器之一他的主要特点就是测温范围宽性能比较稳定同时同最广泛的温度传感器之一他的主要特点就是测温范围宽性能比较稳定同时同时结构简单动态响应好更能够远传时结构简单动态响应好更能够远传时结构简单动态响应好更能够远传420ma420ma420ma电信号便于自动控制和集中控制电信号便于自动控制和集中控制电信号便于自动控制和集中控制在温度测量中占有重要地位
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基于热电偶的测温系统设计
摘要
在工业生产过程控制中，温度是一个重要的测量参数，而热电偶是工程上应用 最广泛的温度传感器之一，他的主要特点就是测温范围宽，性能比较稳定，同时同 时结构简单，动态响应好，更能够远传 4-20mA 电信号，便于自动控制和集中控制， 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成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。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。该系统以单片机为控制核心，通过高精度模/数转换器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并通过液晶屏显 示相应测量数据。 关键词：传感器 热电偶 模/数转换器 液晶屏
基于无线传输的热电偶测温系统设计
㊀２０２０年㊀第２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ ２㊀基金项目：领域基金公开项目（６１４０００３０６０１）收稿日期：２０１９－０２－２８基于无线传输的热电偶测温系统设计王㊀军１，张彦军１，梁晓辉２（１．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原㊀０３００５１；２．中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳㊀６２１９００）㊀㊀摘要：针对热电偶测量系统远距离进行温度监测时，存在信号干扰㊁布线复杂等问题，设计了一种无线通信的测量系统㊂该系统以ＣＣ３２００为核心，根据ＴＣＰ协议实现了采集端和接收端之间的点对点数据传输㊂采集端对热电偶信号进行调理，调理精度在ʃ１．５ħ之内，把ＡＤ转换数据传给无线发送模块，经接收端转发上传到上位机㊂实验结果表明，无线传输的信号稳定性及可靠性高㊂关键词：热电偶；信号传输；无线通信；信号采集；温度补偿；ＣＣ３２００中图分类号：ＴＰ２７４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）０２－００７５－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＴｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＷｉｒｅｌｅｓｓＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＷＡＮＧＪｕｎ１，ＺＨＡＮＧＹａｎ⁃ｊｕｎ１，ＬＩＡＮＧＸｉａｏ⁃ｈｕｉ２（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＤｙｎａｍｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｖｅｒａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅｒｅａｒｅｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｗｉｒｉｎｇ，ａｎｄａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｔｏｏｋＣＣ３２００ａｓｔｈｅｃｏｒｅ，ａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄｐｏｉｎｔ⁃ｔｏ⁃ｐｏｉｎｔｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｅｎｄａｎｄｔｈｅｒｅｃｅｉｖｉｎｇｅｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＴＣＰｐｒｏｔｏｃｏｌ．Ｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｅｎｄｒｅｇｕｌａｔｅｄｔｈｅｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅｓｉｇｎａｌ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｗｉｔｈｉｎʃ１．５ħ．ＴｈｅＡＤｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｄａｔａｗａｓｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ａｎｄｗａｓｆｏｒｗａｒｄｅｄｔｏｔｈｅｕｐｐｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅｃｅｉｖｉｎｇｅｎｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｇｎａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｒｅｈｉｇｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ；ｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＣＣ３２０００㊀引言在现代工业生产和科学实验中，经常需要对温度信号进行精确测量，温度测量环境一般都比较恶劣［１－２］㊂热电偶作为无源传感器，不需要额外的供电，同时具有结构简单㊁性能稳定㊁热响应快㊁精确度高等优点［３］，所以在温度测量领域得到广泛应用㊂热电偶本身产生的信号微弱，后续调理和数据远距离传输过程中很容易受干扰㊂传统的做法是将热电偶和测量装置用标称值相同的补偿导线连接［４－５］，或者通过温度变送器把热电偶信号转换成电信号传输［６］，但如果补偿导线过长会造成热电偶信号失真，测量的温度不准确，而且补偿导线和温度变送器都要考虑布线问题㊂而无线通信的方式能够解决上述复杂的布线问题，减少数据传输过程的信号干扰，降低测量成本，实现高速稳定的信号传输［７］㊂因此，设计了一种无线传输的热电偶测温系统［８］㊂１㊀总体设计ＦＰＧＡ具有低功耗㊁集成度高㊁开发周期短㊁低成本㊁高性能等优点㊂本系统选用ＸＣ３Ｓ４００作为主控单元［９－１０］㊂硬件系统包括采集调理模块㊁ＡＤ转换模块㊁ＦＬＡＳＨ存储模块㊁ＣＣ３２００无线通信模块㊂系统总体框图如图１所示㊂首先将热电偶传感器产生的信号传递到调理电路，经过补偿㊁增益调理后，再由ＡＤ转换模块把模拟信号转换为数字信号并将该数字信号传给主控模块进行数字滤波㊁编码处理，最后数据发送到射频电路实现无线通信㊂㊀㊀㊀㊀㊀７６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ２０２０㊀图１㊀系统流程图２㊀硬件电路设计２．１㊀采集调理模块的设计ＡＤ８４９５是热电偶专用补偿参考结点温度的精密仪表放大器，差分输入特性使其具有较高的共模抑制比，降低引线的共模干扰㊂内置温度传感器对热电偶参考结点所处环境的温度变化实时监测以便补偿㊂固定增益放大器放大热电偶的微弱电信号，提供线性输出㊂二级放大部分采用ＯＰ２００ＡＺ构成同相比例放大器㊂调理电路原理图如图２所示㊂图２㊀调理电路原理图㊀㊀热电偶输入信号先经过低通滤波，该滤波器是为了消除ＲＦ信号，如果任其输入到ＡＤ８４９５可能会被整流，表现为温度波动㊂ＡＤ８４９５固定增益１２２．４，为了使输出电压符合ＡＤ转换模块的采集要求，二级放大倍数设为４㊂图２中， ＋ＷＤ 和 －ＷＤ 分别连接热电偶的正极和负极，Ｒ１是阻值１ＭΩ的接地电阻，主要为了实现ＡＤ８４９５的开路检测功能㊂根据ＡＤ８４９５的Ｖｏｕｔ管脚输出的电压可以导出测量温度㊂传递函数如下Ｔ１＝（ＶＯＵＴ－ＶＲＥＦ）／（５ｍＶ／ħ）式中：Ｔ１为测量温度，ħ；ＶＯＵＴ为ＡＤ８４９５的输出电压，ｍＶ；ＶＲＥＦ为ＲＥＦ引脚的输入参考电压，Ｖ㊂主要是在单电源供电时测量负温度使用，本设计中双电源供电，故参考电压引脚接地㊂２．２㊀存储模块的设计由于ＦＰＧＡ内部存储空间有限，所以本设计采用外部ＦＬＡＳＨ存储数据㊂ＦＰＧＡ芯片主要通过查询ＦＬＡＳＨ存储单元的工作状态给其下发读写命令，将数据从ＲＡＭ缓存器传到数据存储器中，实现存储功能㊂图３所示为ＦＬＡＳＨ芯片的电路原理图，为了实现阻抗匹配，该芯片和ＦＰＧＡ通过排阻连接㊂２．３㊀ＣＣ３２００无线通信模块的设计ＣＣ３２００芯片的外围电路原理图如图４所示，其中４０ＭＨｚ的晶振用于提供片内微处理器的振荡时钟，３２．７６８ｋＨｚ的晶振主要为芯片内部定时器和实时操作系统提供时钟源㊂天线部分需要特别注意使用不同的滤波器时，在滤波器和天线之间的电容电感接法图３㊀ＦＬＡＳＨ存储单元的电路原理图不同㊂３㊀软件设计３．１㊀逻辑时序的设计主控芯片ＸＣ３Ｓ４００的主要功能是控制ＡＤ７６０６芯片的时序，以固定的采样率获取热电偶采集的模拟电信号并对其量化处理㊂采样时序如图５所示，ＣＯＮＶＳＴＡ和ＣＯＮＶＳＴＢ短接在一起即图中的ａｄ＿ｃｏｎ⁃ｖｓｔａｂ，所有通道同时采样㊂ａｄ＿ｂｕｓｙ在ａｄ＿ｃｏｎｖｓｔａｂ到达上升沿之后变为逻辑高电平，转换过程开始，直到ａｄ＿ｂｕｓｙ下降沿表示转换数据被存到输出数据寄存器可供读取㊂ｆｉｒｓｔ＿ｄａｔａ在ａｄ＿ｃｓ下降沿脱离三态，与通道对应的ａｄ＿ｒｄ下降沿将ｆｉｒｓｔ＿ｄａｔａ置为高电平，表示输出数据总线可以提供该通道的转换结果㊂３．２㊀无线通信的实现在数据接收设计中，采用中断的方式保证ＣＣ３２００能够及时响应ＵＡＲＴ传来的数据，当ＵＡＲＴ接口收到㊀㊀㊀㊀㊀第２期王军等：基于无线传输的热电偶测温系统设计７７㊀㊀图４㊀ＣＣ３２００外围电路原理图图５㊀ＡＤ采样时序图数据，程序立刻进入中断将接收到的数据缓存并打包等待无线发送㊂发送命令的设计是将中断函数缓存的数据以ＴＣＰ方式转发，同时要配合上位机的指令控制㊂流程图如图６所示㊂图６㊀ＷｉＦｉ实时控制数据流程图４㊀实验结果分析针对本文的设计，在高低温箱中分别测试使用补偿导线和无线通信得到的数据，对比分析两种传输方式的信号稳定性㊂由于高低温箱中的实际温度实时变化，故采用标准铂电阻Ｐｔ１００标定高低温箱中的实际温度㊂无线通信的实验结果如表１所示，每隔１０ħ左右测一次信号，测量的电压信号先经过ＡＤ８４９５放大１２２．４倍，再由二级放大电路放大４倍得到，最后要在上位机软件处理将数据还原为温度格式㊂表１㊀实验测量结果实际温度／ħ测量电压／Ｖ测量温度／ħ误差／ħ－７０．１－０．７４－６８．９１．２－６０．５－０．５８－６０．８－０．３－５０．２－０．４２－５１．７－１．５－３９．５－０．２４－４０．０－０．５－２９．９－０．０７－３０．６－０．７－２０．１０．１０－２０．８－０．７－１０．３０．２９－９．５０．８０．４０．４８－０．９－１．３９．９０．６７１０．５０．６１９．４０．８７２１．３１．９３０．１１．０７２９．３－０．８３９．５１．２７３９．６０．１４９．６１．４８５１．２１．６５９．８１．６９６０．３０．５７０．４１．９０７０．１－０．３８０．３２．１２８０．０－０．３９０．０２．３４９０．１０．１９９．８２．５７１００．６０．８㊀㊀图７（ａ）㊁（ｂ）分别是采用补偿导线和无线在距离㊀㊀㊀㊀㊀７８㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ ２０２０㊀２０ｍ时测量的数据图，图中的趋势线是按设计原理根据理论电压和温度关系绘制的㊂可以看出图７（ａ）由于补偿导线过长引起信号衰减和干扰现象，测量数据较理论值有所下降，波动较大，超出允许误差范围㊂图７（ｂ）通过无线测量的数据和理论值高度契合，结果在允许误差范围内㊂（ａ）（ｂ）图７㊀ＭＡＴＬＡＢ数据分析５㊀结论本文设计的无线通信方式测量热电偶传感器的温度有效地解决了补偿导线过长引起的信号衰减㊁传输过程中强电干扰耦合㊁布线复杂等问题，使得检测操作更加方便灵活㊂从实验数据可知，该方法提高了测量结果的可靠性和精确度㊂参考文献：［１］㊀杨勇，李晶．基于无线传感网络的矿井水质在线监测系统开发与试验［Ｊ］．电子器件，２０１８，４１（１）：２１９－２２４．［２］㊀汪丽燕，阮志煌，蔡东平．无线数据传输的红外测温报警系统设计［Ｊ］．自动化应用，２０１６（１２）：９７；１０３．［３］㊀张洪健，余刃，刘笑凡，等．基于嵌入式的乏燃料干贮存温度监测系统［Ｊ］．兵器装备工程学报，２０１７，３８（１１）：１３８－１４１．［４］㊀王飞跃．热电偶传感器信号调理与数字采集系统的设计［Ｄ］．太原：中北大学，２０１３．［５］㊀王闯．热电偶温度信号的采集及其标定方法研究［Ｄ］．太原：中北大学，２０１６．［６］㊀盛占石，吴玑琪．基于Ｗｅｂ的温室大棚远程监测系统［Ｊ］．电子器件，２０１４，３７（５）：９２３－９２６．［７］㊀孟晓山，王玉全．常用传感器调理电路优化设计［Ｊ］．电子科学技术，２０１６，３（２）：１０３－１０８．［８］㊀岳晗，裴东兴，张瑜．基于ＣＣ４３０的智能无线温度监测系统设计与校准［Ｊ］．电子器件，２０１４，３７（３）：５０２－５０６．［９］㊀鄢玲玲．基于ＦＰＧＡ的高精度采集转发装置的设计与实现［Ｄ］．太原：中北大学，２０１７．［１０］㊀王婷婷．基于ＳＴＭ３２Ｗ智能环境监控系统的研制［Ｄ］．镇江：江苏科技大学，２０１３．作者简介：王军（１９９５ ），硕士研究生，主要研究方向为传感器测试计量技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｕｎ＿ｌｃ＠１６３．ｃｏｍ张彦军（１９７５ ），博士，副教授，主要研究方向为测试计量技术与仪器㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１４３５９５８３６９＠ｑｑ．ｃｏｍ（上接第７４页）之间的连接，可实现远程操控机器人作业㊂对比于传统的人工配电网作业，极大地降低了作业强度及作业危险性㊂经测验，本文设计的机器人能快速有效地完成作业任务，为配电网检修领域机器人研究提供了较好的依据㊂参考文献：［１］㊀胡毅．输配电线路带电作业技术的研究与发展［Ｊ］．高电压技术，２００６，３２（１１）：１－１０．［２］㊀潘俊文，李辉，邹德华，等．５００ｋＶ紧凑型同塔双回输电线路感应电压电流的仿真计算［Ｊ］．电力科学与技术学报，２０１５，３０（３）：８４－９０．［３］㊀ＳＡＷＡＤＡＪ，ＫＡＺＵＹＵＫＩＫ．Ａｍｏｂｉｌｅｒｏｂｏｔｆｏｒｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅ⁃ｌｉｖｅｒｙ，１９９１，６（１）：３０９－３１５．［４］㊀范淇元，覃羡烘，李洪毅．基于ＳＴＭ３２的双轮平衡机器人的控制系统设计［Ｊ］．自动化与仪表，２０１８，３３（３）：１８－２１；４１．［５］㊀谢冬雪，唐祯安，蔡泓等．基于ＳＴＭ３２和ＬＴＣ６８０４的电池管理系统设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１８（１０）：６３－６７．［６］㊀白华，林巧婷．基于ＣＡＮ和ＲＦＩＤ的车胎信息采集系统的设计［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１８（１０）：６８－７１；８０．［７］㊀李斌，赵伟娟．基于ＣＡＮ总线的车载导航主机开机方案的优化［Ｊ］．电子世界，２０１６（１７）：４７－４８．［８］㊀姜庆明，杨旭，甘永梅，等．一种基于光电编码器的高精度测速和测加速度的方法［Ｊ］．微计算机信息，２００４（６）：４８－４９．作者简介：杨翔宇（１９９１ ），硕士研究生，研究领域为电力机器人㊁多关节机械臂控制㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：９２５０４７５１０＠ｑｑ．ｃｏｍ樊绍胜（１９６６ ），博士，教授，硕士生导师，研究领域为电力机器人和仪器仪表㊂。
热电偶温度表测量电路的设计
热电偶温度表测量电路的设计热电偶温度表由配套热电偶、外壳和核心测量电路等组成，其核心电路由三大部分组成：(1)测量放大电路；(2)A/D转换电路；(3)显示电路。
一般用单片机作为信号处理和控制的核心，图10.6.1所示为市场上常见的热电偶测温表。
若对电路稍作改进也可变成温度控制器或兼具温度控制与报警双重功能。
图10.6.1 热电偶温度表1 温度表硬件电路设计1.1 热电偶温度传感器及其冷端补偿方法的选择可根据测量温度高低来选择，尽量选用贱金属型热电偶，以降低成本。
如铁—康铜型热电偶，被测温度范围可达-100～1 100℃，冷端补偿采用补偿电桥法，采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。
不平衡电桥由电阻R1、R2、R3（锰铜丝绕制）、R cu（铜丝绕制）四桥臂和桥路稳压源组成，串联在热电偶回路中。
R cu 与热电偶冷端同处于±0℃,而R1=R2=R3=1Ω，桥路电源电压为4V，由稳压电源供电，R s为限流电阻，其阻值因热电偶不同而不同，电桥通常取在20℃时平衡，这时电桥的四个桥臂电阻R1=R2=R3=R cu，a、b端无输出。
当冷端温度偏离20℃时，例如升高时，R cu增大，而热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而减小。
U ab与热电势减小量相等，U ab与热电势迭加后输出电势则保持不变，从而达到了冷端补偿的自动完成。
1.2 测量放大电路及其芯片实际电路中，从热电偶输出的信号最多不过几十毫伏（<30mV），且其中包含工频、静电和磁偶合等共模干扰，对这种电路放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗，因此宜采用测量放大电路。
测量放大器又称数据放大器、仪表放大器和桥路放大器，它的输入阻抗高，易于与各种信号源匹配，而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且温漂较小。
由于时间温漂小，因而测量放大器的稳定性好。
由三运放组成测量放大器，差动输入端R1和R2分别接到A1和A2的同相端。
热电偶测温原理图
课题名称：电加热开水炉温度检测实训报告书-专业系：电气工程系1班级：铁道自动化102班设计课题：热电偶测温系统学生姓名：吴利武李朝晖田琪李彬袁勇指导老师：胡国良老师完成日期：2012-04目录第一章绪论............................................................ -1 -第二章实验的目的及原理.............................................. -2 -2.1实验目的........................................................ -2 -2.2实验原理........................................................ -2 -2.3实验计划........................................................ -2 -第三章热电偶传感器.................................................. -3 -3.1热电偶工作原理：............................................. -3 -3.2热电偶优点：.................................................... -3 -3.3热电偶的种类及结构：......................................... -3 -3.4热电偶冷端的温度补偿......................................... -5 -第四章系统元件介绍.................................................. -8 -4.1 LED 介绍....................................................... -8 -4.2LM324 简介.................................................... -11 -4.3 ICL7107 介绍.................................................. -12 -第五章热电偶测温不准的原因及处理方法........................... -14 -5.1热电偶的补偿导线接反........................................ -14 -5.2热电偶的补偿导线绝缘层磨破，造成信号回路接地................ -14 -5.3端子接触不良................................................... -14 -5.4补偿电阻故障................................................... -14 -5.5锅炉尾部烟道热电偶故障率较高................................ -14 -5.6接地不良..................................................... -14 -第六章调试过程...................................................... -15 -6.1具体过程..................................................... -15 -6.2试注意项..................................................... -15 -6.3实验数据..................................................... -17 -第七章小组实训总结................................................. -19 -第一章绪论温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。
热电偶温度传感器设计报告
热电偶温度传感器设计报告热电偶温度传感器是一种将温度变化转化为电能输出的装置，其设计的主要目标是实现温度的准确测量和控制。
本设计报告将详细介绍热电偶温度传感器的设计过程，包括原理分析、材料选择、结构设计、制造工艺以及测试验证等方面。
热电偶温度传感器是基于塞贝克效应（Seebeck effect）工作的。
塞贝克效应是指两种不同材料组成的闭合回路中，当两个接触点处的温度不同时，回路中会产生电动势。
热电偶温度传感器就是利用这一原理，将温度变化转化为电动势变化，从而实现温度的测量。
热电偶温度传感器的主要材料包括热电偶丝和连接导线。
热电偶丝是实现温度测量的关键元件，需要具备高灵敏度、良好的稳定性和抗氧化性等特性。
常见的热电偶丝有镍铬合金、铜镍合金和铂等。
连接导线主要用于连接热电偶丝和测量仪表，应具备耐高温、抗氧化和良好的导电性能等特性。
热电偶温度传感器的结构设计应考虑测量范围、精度和稳定性等因素。
常见的热电偶温度传感器结构有铠装式和非铠装式两种。
铠装式结构具有较高的抗振性和耐磨性，适用于恶劣环境下的温度测量。
非铠装式结构则具有较小的体积和重量，适用于实验室和工业生产中的温度测量。
热电偶温度传感器的制造工艺主要包括焊接、保护涂层和校准等环节。
焊接工艺应保证热电偶丝和连接导线之间的可靠连接；保护涂层能够有效保护传感器免受腐蚀和氧化；校准环节则确保了传感器的测量精度和稳定性。
为了验证热电偶温度传感器的性能指标是否达到设计要求，需要进行一系列的测试验证。
这些测试包括灵敏度测试、线性度测试、重复性测试和稳定性测试等。
通过这些测试，可以评估传感器的测量精度、响应时间和长期稳定性等性能指标。
本文对热电偶温度传感器的设计进行了详细的介绍和分析。
通过原理分析、材料选择、结构设计、制造工艺以及测试验证等方面的探讨，我们成功地设计出一款具有高灵敏度、良好稳定性和抗氧化性的热电偶温度传感器。
该传感器能够广泛应用于各种温度测量场合，为工业自动化、实验室研究和环境监测等领域提供重要的技术支持。
基于虚拟仪器的远程热电偶测温系统设计
ｍ ｎ ｙｔ ａ ｅｉ ｅ ａｅ ｎＶ ｒ ａ Ｉｓｕ ｅｔ ａｄｔ ｄｔ ｎｌ ｅｓｒｍ ｎ ｔｃｎｌｇ．Ｔ ｅｓ ｎｌ ｆｈ ｏ— ｎｔ ｎａｄ ｅ ｔ ｓ ｍ ｗ ｓ ｓ ｎｄｂ ｓｄｏ ｉｕｌｎｔ ｍ ｎｓ ｎ ａｉｏ ａ ｍ ａｕｅ ｅｔｅｈｏｏｙ ｈ ｉ ａ ｏ ｅｈｔｕ ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｄ ｇ ｔ ｒ ｒ ｉ ｇ ｔ ｊ ｉ ｔｅｃｌ－ ｎ ｔｎｔ ｐ ｒ ｕｅｗ ｓｇｉｅ ｙｔ ｒ ｃｕ ｌ ａｄＩ ｍ ｅａ ｒ ａｓｕｅ．Ｉｗ ｓｆｔｒｄ ｈ ｏｌ ｅｒｅ ｏ ａｄ ｈ ｏ ｊ ｃｏ ｍ ｅａ ｒ ａ ａ ｄｂ ｅｍｏｏｐｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｕｅｔ ｎｄ ｃｒ ｔ ａ ｉ ｅｅ ，ｔｅｎｎｉ ａ ｒ ｒ ｎ ｄｕ ｉ ｅ ｔ ｎ ｈ Ｃｅ ｔ ｒ ｌ ｎ ｒ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｉ ｕ ｌ ｎ ｔ ｍ ｎｓ ｔｅ ｃ ｕ ｌ ；ｏ ｌ ｅｒｃ ｍ ｅ ｓｔ ｎ ｃｌ－ ｎ ｔ ｎ ｃ ｍ ｅ ｓｔ ｎ ｒｍ ｔ ｍｅ ｓ ｒ ｎ ｙｗ ｒ ｓ ｖｒ ａ ｉｓ ｕ ｅ ｔ； ｒ ｏ ｐｅ ｎ ｎｉ ａ ｏ ｐ ｎ ａ ｏ ；ｏｄｊ ｃ ｏ ｏ ｐ ｎ ａｉ ； ｏｅ ａｕｅ ｔ ｔ ｒ ｈ ｍｏ ｎ ｉ ｕ ｉ ｏ ｅ ｍｅ ０ 引言
ｔｅｃｌ － ｎ ｔ ｎ ｔ ｐ ｒｔ ｅｅｒｒ ｅｅｃ ｍ ｅ ｓｔｄｏ ｒｇ ｍ ｏ ｓ ｍ ｓ ｒｅ．Ｔ ｅｔ ｐ ｒ ｔ ｅ ｄ ｔ ｗ ｓｔ ｎ ｍ ｔ ｄ ｏ ａ ｈ ｏ ｊ ｃ ｏ ｍ ｅ ｕ ｒ ｒ ｏ ｐ ｎ ａｅ ｎｐ ｏｒ ｆ ｙｔ ｅ ｒ ｈ ｍ ｅａ ｒ ａ ａ ａ ｓ ｉｅ ｎ ｄ ｔ ｄｕ ｉ ｅ ａ ｒ ｏｗ ａ ｓ ｅ ｖ ｅ ｕ ａ ｒ ｔ ａ
（ ａ ｇ ｈ ｕ Ｉ ｓ ｔ ｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｈ ｎ ｚ ｏ １ ０ ２ ｈｎ ） Ｃｈ ｎ ｚ ｏ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ Ｃ ａ ｇ ｈ ｕ２ ３ ０ ，Ｃ ｉａ ｉ
热电偶测温系统设计
Ｖｏ Ｌ ２ｌ
Ｎｏ． １ ６
电 子 设 计 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ８月
Ａｕ ｇ ．２ ０１ ３
热 电偶 测 温 系统 设计
季 彦芳
（ 中 国飞 行 试 验 研 究院 陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ８ ９ ）
摘要 ： 用 热 电偶 测 量 温 度 是 航 空 温度 测 量 中应 用 最 广 泛 的 一 种 方 式 ， 常 用 来 测 量 高 温 气 流 及 高 速 气 流 。提 出 了一 种 可 以 应 用 于管 道 内流体 测 量 的 热 电偶 测 温 系统 的 设 计 方 法 ： 以热 电偶 作 为 感 温 元 件 ， 配 合 变换 器 实现 准 确 可 靠 的 温
单。 维 修 方 便 。标 准 化 热 电 偶 的热 电动 势 特 性 由 国 际 电 工 委 员会 统一制 定了标 准分度 表和允许 偏差【 １ ］ 。 使 用 时 具 有 性 能 稳定 ． 互换性好的优点 。 热 电偶 的 测 温 原 理 是 利 用 导 体 的 热 电效 应 ， 即 将 两 种 导 体 串 联 成 闭 合 回路 时 ， 若 结 点 处 于不 同 的温 度 ， 回 路 中 会 存
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｒ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ； ｔ ｙ ｐ ｅ Ｋ； Ａ Ｄ ５ ９ ５ ； ｃ ｏ ｌ ｄ ｊ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
热 电偶 的 主要 优 点 有 ： 测 温 范 围宽 ， 动 态 ４ — ６ ２ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ６ — ０ ０ ９ ７ — ０ ３
基于热电偶传感器的智能测温仪设计
XXXXXXXXXXX本科毕业论文（设计）二〇一四 年 五 月 十日题 目 基于热电偶传感器的智能 测温仪设计作 者 XXXXX 学 院信息科学与工程学院 专 业电子信息科学与技术 学 号 XXX 指导教师 XXX湖南涉外经济学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。
对本文工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本科毕业论文（设计）作者签名：二0一四年五月十日摘要在工农业生产过程中，温度是一个非常重要的物理参数，温度检测类仪表作为温度测量工具也因此得到了广泛应用。
热电偶有成本低、准确度高和测温范围宽等优势，自然成为工业应用中优先考虑的方案。
为获得准确的测温值，本论文将微机技术与热电偶传感器结合起来，设计了较高精度较高集成度的智能测温仪表。
跟传统热电偶测温方案相比该设计采用了数字集成芯片MAX6675，该芯片集成了A/D转换器、冷端补偿及SPI 串口的热电偶放大器与数字转换器，这使得仪表的精度跟集成度得到提升的同时也降低了设计的复杂度。
该论文主要由测量仪表的软件设计、硬件设计两个部分组成。
热电偶测温仪表硬件主要由单片机最小系统电路、MAX6675数据采集与转换电路、数码管显示电路、串口通信电路、报警电路五个部分组成。
软件部分主要由数据读取程序、串口通讯程序、数码管动态扫描显示程序等程序模块组成。
设计的测温软件程序可以在51单片机上移植。
关键词：智能仪表；K型热电偶；温度测量；MAX6675；AT89S51ABSTRACTIn the industrial and agricultural production process, the temperature is a very important physical parameters , temperature detection instrumentation for temperature measurement tool class and therefore widely used . Thermocouple low cost , high accuracy and wide temperature range and other advantages, will naturally become a priority in industrial applications programs . In order to obtain an accurate temperature measurement value , this paper will microcomputer technology and thermocouple sensors combine high precision design of a high degree of integration of intelligent Thermometer . Compared with the conventional thermocouple program designed using digital integrated chip MAX6675, the chip integrates the A / D converter , serial interface SPI cold junction compensation and thermocouple amplifier and digital converter. This makes integration with precision instrumentation has been improved , while also reducing the complexity of the design. The paper mainly consists of measuring instruments software design, hardware design of the two parts. In this design , first introduced the hardware part of the thermocouple thermometer table. Thermocouple Thermometer hardware consists of five parts: the smallest single-chip system circuit , MAX6675 data acquisition and conversion circuits , digital display circuit , serial communication circuit , alarm circuit . Software part consists of the following modules: data reading program , serial communication program , the digital display dynamic scanning procedures routines. Software program designed temperature can be used in the 51 MCU .Keywords:intelligent instrument; K-type thermo-couple; temperature measurement;MAX6675; AT89S51目录诚信声明 (I)摘要 (II)ABSTRACT (III)第一章绪论 (1)1.1 研究背景和意义 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究意义 (1)1.2研究现状及发展趋势 (1)1.2.1国内外测温研究现状 (1)1.2.2发展趋势 (2)1.3研究思路及主要内容 (3)第二章系统方案论证与总体设计 (4)2.1 系统方案论证 (4)2.1.1 热电阻测温系统 (4)2.1.2红外测温系统 (4)2.1.3热电偶测温系统 (4)2.2方案选型与总体设计 (4)2.3本章小结 (5)第三章仪表的硬件设计 (5)3.1温度的数据采集与前期数据处理模块 (6)3.1.1 K型热电偶 (6)3.1.2 K型热电偶串行模数转换器MAX6675 (7)3.1.3 MAX6675与AT89S51 单片机的接口 (9)3. 2 AT89S51与PC机串口通讯模块 (10)3.2 .1 RS-232C标准 (10)3.2.2 MAX232芯片简介 (10)3.2.3单片机的串行口工作方式 (11)3.2.4接口电路 (11)3.3蜂鸣器报警与报警温度值设定模块 (12)3.4 LED数码管显示模块 (12)3.5 AT89S51单片机最小系统模块 (12)3.5.1 AT89S51单片机 (12)3.5.2片内振荡器和时钟电路 (13)3.5.3单片机复位电路 (13)3.6 本章小结 (14)第四章软件设计 (15)4.1 KeilC51集成开发环境简介 (15)4.2 基于KeilC51软件编程设计 (15)4.2.1 主程序流程图 (15)4.2.2 读取MAX6675数据程序 (15)4.2.3 报警温度值设定程序 (17)4.2.4串口通讯程序 (17)4.2.5数码管显示子程序 (17)4.3本章小结 (19)第五章仿真 (20)5.1proteus简介 (20)5.2仿真步骤 (20)5.2.1建立仿真电路原理图 (20)5.2.2导入程序 (20)5.3仿真结果 (21)5.3.1测温模块与报警模块 (21)5.3.2 串口通讯模块仿真 (22)结论 (24)参考文献 (25)致谢 (26)附录A 硬件原理图 (27)附录B 设计程序 (28)第一章绪论1.1 研究背景和意义1.1.1 研究背景温度是所有物理现象中一个最基本的物理现象，它是应用于生产过程中最基础、最普通的工艺参数。
基于 MCS51 单片机的热电偶测温系统
济南大学自动化与电气工程学院专业综合实训报告综合实训题目：基于MCS51单片机的热电偶测温系统所属实训环节：电气信息类专业综合实训学生姓名宁刚学号：20120321203班级：自动化1201指导教师：王新江计划实训时间：2015.10.12~2015.11.06自动化与电气工程学院制基于MCS51单片机的热电偶测温系统摘要：k型热电偶由两种不同成份的导体（称为K型丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，从而把温度信号转换为电压信号。
本次实训利用这一原理，通过单片机AT89C51实现温度检测、1602显示与声光报警。
关键词：k型热电偶 AT89C51 1602 声光报警Thermocouple temperature measurement systemAbstract: k type thermocouple consists of two kinds of different ingredients of conductor (called k type wire or hot electrode) synthesis loop at both ends, when the junction temperature is not at the same time, in the circuit will generate electromotive force, so as to convert temperature signal to voltage signal. The practical use of this principle, by SCM AT89C51 temperature detection, display and sound and light alarm 1602.Keywords: k type thermocouple ; AT89C51 ;1602 ;sound and light alarm一、技术指标 (3)1、基本要求 (3)2、发挥部分 (3)二、系统整体框图 (3)三、实训内容 (4)四、硬件电路设计 (4)1、主控模块 (5)2、温度信号二级放大模块 (5)3、A/D转换模块 (6)4、显示模块 (7)5、声光报警模块 (8)6、按键模块 (9)7、电路总图 (10)五、系统软件设计 (11)1、设计思想 (11)2、程序设计 (11)六、系统测试与分析 (24)七、操作说明 (24)八、实物图 (25)九、实训总结 (28)一、技术指标1、基本要求1）用K型热电偶测温，测温范围为0—1370°C，对应电压0~54.8186mVDC。
基于K型热电偶的温度测量系统设计_基于K型热电偶的温度测量系统设计-副本-副本
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 绪论 (3)1.1研究背景及意义 (3)1.2国内外研究现状 (3)1.3研究主要内容 (4)2 基于K型热电偶的温度测量系统总体设计 (6)2.1设计要求 (6)2.2总体方案 (6)2.3功能介绍 (7)3 基于K型热电偶的温度测量系统硬件设计 (8)3.1核心控制系统设计 (8)3.2温度采集系统设计 (9)3.2.1K型热电偶传感器 (9)3.2.2 ADC转换模块 (11)3.3LCD显示系统设计 (12)3.4电源模块电路设计 (14)4 基于K型热电偶的温度测量系统软件设计 (15)4.1主程序流程 (15)4.2温度采集流程 (16)4.3显示程序流程 (16)4.4软件仿真 (17)4.4.1仿真环境 (17)4.4.2工作流程 (18)4.4.3仿真结果 (19)5 结论 (21)谢辞 (22)参考文献 (23)基于K型热电偶的温度测量系统设计摘要：K型热电偶不接触被测物中，目的是避免热平衡状态的变化，测量的敏感，响应速度快，良好的响应特性，常用于检测1000℃以上运动中的高温物体。
该测温系统结合单片机，设计以K型热电偶为温度传感器的温度测量系统。
其测量系统的测量温度可以分为三个档位，分别是高温档（500℃以上）中温档（100-500℃）低温档（100℃以下），使用前先预估待测物体温度选择合适的档位测量以提升测量精度。
通过温度传感器DS18B20在STM32L476芯片控制下进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度。
关键词：单片机；热电偶；温度测量系统Design of temperature measurement system based on K-type thermocoupleAbstract：Non-contact temperature measurement will not be in contact with the measured object. It avoids changing the thermal equilibrium state of the object. It is sensitive when measuring. The response speed is fast and the response characteristics are good. It is usually used to detect high temperature objects in the movement of 1000°C and above. This text combines the advantage of the one-chip computer, design based on 51 one-chip computer non-contact temperature measurement system. Based on 51 single-chip non-contact temperature measurement system, the measurement temperature is divided into three gears, which are high temperature file (above 500°C), medium temperature file (100-500°C), low temperature file (below 100°C), and the object to be measured is estimated before use. Temperature Select the appropriate gear measurement to improve measurement accuracy. By using the STM32L476 chip to control the temperature sensor DS18B20 for real-time temperature detection and display, it is possible to quickly measure the ambient temperature.Keywords:single chip microcomputer; non-contact; temperature measurement; design基于K型热电偶的温度测量系统设计1 绪论1.1研究背景及意义当今社会，随着科学技术发展迅猛，社会生活水平也快速提高，企业对生产也有了更高的要求:信息化、科学化、自动化。
(完整版)热电偶测温系统设计
任务书课程传感器课程设计题目热电偶测温系统设计主要内容：本系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器和高精度数/模转换器，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，并在程序中采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。
基本要求：1、按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；2、利用热电偶和单片机等设计一种热电偶测温系统电路。
3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。
主要参考资料：[1]崔志尚.温度计量与测试[M].北京：中国计量出版社，1998．[2]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京: 电子工业出版社，2007.[3]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京: 高等教育出版社，2006.[4]刘华东.单片机原理与应用[M].北京: 电子工业出版社，2006.完成期限指导教师专业负责人2016年5 月7 日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。
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, 所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。
该测温系统通过高精度模/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4 mA~ 20mA的电流, 送入主控中心。
关键词：热电偶；线性化；AD转换；DA转换；单片机目录一、设计要求 (1)二、设计方案及其特点 (1)1、方案说明 (1)2、方案论证 (2)三、传感器工作原理 (2)四、电路的工作原理 (3)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (3)1、单元电路设计 (4)2、参数计算 (5)3、器件选择 (6)六、总结 ................................................................................... 错误!未定义书签。
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任务书
课程传感器课程设计
题目热电偶测温系统设计
主要内容：
本系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度模/数转换器和高精度数/模转换器，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，并在程序中采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。
基本要求：
1、按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；
2、利用热电偶和单片机等设计一种热电偶测温系统电路。
3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。
主要参考资料：
[1]崔志尚.温度计量与测试[M].北京：中国计量出版社，1998．
[2]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京: 电子工业出版社，2007.
[3]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京: 高等教育出版社，2006.
[4]刘华东.单片机原理与应用[M].北京: 电子工业出版社，2006. 完成期限
指导教师
专业负责人
2016年5 月7 日
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。
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, 所以必须对热电偶进行线性化处理以保持测试精度。
该测温系统通过高精度模/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4 mA~ 20mA的电流, 送入主控中心。
关键词：热电偶；线性化；AD转换；DA转换；单片机
目录
一、设计要求 (1)
二、设计方案及其特点 (1)
1、方案说明 (1)
2、方案论证 (2)
三、传感器工作原理 (3)
四、电路的工作原理 (4)
五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (5)
1、单元电路设计 (5)
2、参数计算 (6)
3、器件选择 (8)
六、总结....................................................................................... 错误!未定义书签。
参考文献....................................................................................... 错误!未定义书签。
热电偶测温系统设计
一、设计要求
以单片机为核心，进行对系统控制和线性化算法的运算，使A/D 转换精度更好；在算法处理上，使用最佳计算方法，使得线性化算法达到运算量小、处理速度快、占用内存小等要求，并使该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题。
二、设计方案及其特点
本设计是基于STC89C52单片机的硬件设计。
对于系统可分为下面两种不同的设计方案：
1、方案说明
方案一：系统由Ｋ型热电偶和集成温度传感器AD590测量热端和冷端温度，采用USB采集卡实现信号采集并传输给计算机。
根据热电偶中间温度定律[1]，编制软件采用查表和曲线拟合进行非线性校正及冷端补偿。
利用LabVIEW的数据存储、读取、分析函数，实现温度趋势曲线和统计直方图的绘制[2]。
本系统将滤波、非线性和冷端补偿等功能由软件实现，简化了电路设计，提高了系统的稳定性和测量精度，但成本较高。
热电偶补偿导线
图1 方案一原理框图
方案二：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[3]。
这种方案保证成本，采用了良好的线性化算法，编程又采用可节约内存的汇编语言，使得测量速度快，测量结果能满足工业标准的要求。
图2 方案二原理框图
2、方案论证
从精确度来看，方案一强于方案二，但方案二电路实现简单，占用内存较小，抗干扰能力强，成本较低。
所以一般地说，需要稳定性好可选用方案一测量电路，若考虑便于与单片机接口连接，那么方案二测量电路就由其方便之处。
因此本设计中选用方案二。
三、传感器工作原理
热电偶传感器的工作原理：两种不同成份的导体两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势[4]。
热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做测量端，另一端叫做补偿端；冷端与显示仪表或配套仪表连
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℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。
在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。
因此，在热电偶测温时，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。
四、电路的工作原理
电路的工作原理图如图4所示。
图4 总原理图
测温系统通过高精度模/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4 mA~ 20mA的电流, 送入主控中心并显示。
五、单元电路设计、参数计算和器件选择
1、单元电路设计
模/数转换部分电路如图5所示。
图5 A/D转化电路原理图
采用16位、双通道、高精度模/数转换功能的AD7705。
AD7705能直接对来自传感器的微弱信号进行A/D转换[5]。
使用时通过单片机控制其单双极性、增益倍数、选择通道的输入和工作模式的选择等；用AD584基准芯片为AD7705采集模块提供基准电压，使AD7705可以正常且稳定的工作[6]。
数/模转换部分电路如图6所示。
图6 D/A转化电路原理图
采用16位高精度数/模转换器AD421[7]。
AD421由电流环路供电，16位数字信号以串行方式输入，4-20mA电流输出，可实现低成本的远程智能工业控制。
AD421内部含有电压调整器可提供+5V，+3.3V或+3V输出电压，还含有+1.25V，+2.5V 基准电源，均可为其自身或其它电路选用[8]。
AD421 采用Σ-ΔDAC结构，保证16位的分辩率和单调性，其积分线性误差为±0.001%，失调误差为±0.1%，增益误差为±0.2%，其标准的三线串行接口可在10Mbps下运行，便于与通用微处理器或微控制器相连。
2、参数计算
软件是算法和功能实现的关键。
该部分主要完成的任务是：A/D 转换器的配置、启动和数据读取。
对信号的线性化处理。
D/A 转换器配置和数据读取。
其中线性化算法主要参考“最佳非等距线性插值算法在热敏电阻测温中的应用”，提出一种“最佳非等距离分段算法”，根据标度转换，在不同分段上推导出y = kx+
b 的线性化算法。
整体设计和调试，以K 分度热电偶为例。
通过调节滑动变阻器，模拟补偿后的K 分度热电偶的热电势，送入AD7705完成模/数转换,转换后的数据送入单片机进行线性化处理，使处理后单片机输出的数据与温度呈现线性关系；最后再将线性化后的数据，送至AD421经数/模转换，输出电流值[9]。
本系统采用误差修正公式来消除系统误差，从输出端引反馈量到输入端来改善系统的稳定。
在无误差的理想情况下, 有ε = 0，i = 0，K 是常数, 于是存在关系
Kx y = (1)
在有误差的情况下, 则有
()y x K y '++=ε (2)
2
'
1'R y i R y y =
+- (3) 由此可以推出
1b y b x += (4)
可改写成下简明形式
()01
1
b x b y -=
(5) 式中：x ——热电偶产生的电压；
y ——带误差的输出到D/A 转换器的电压； Ε——影响量（例如零点漂移或干扰）； i ——偏差量（例如直流放大器的偏置电流）；
K——影响特性（例如放大器增益）。
把热电偶分度表各温度时电压值x经过运算求出各温度时对应的y值，y值一般包含小数，由于A/D转换器的离散性和分辨率的限制，所以只保留整数部分，保存到单片机ROM中，在每次测量完温度数据后直接由y值查表，运算求相应温度。
3、器件选择。