熱電偶溫度計的課程設計--熱電偶溫度計的設計與制作

1、<p>　　熱電偶溫度計的畢業(yè)設計</p><p>　　題 目： 熱電偶溫度計的設計與制作</p><p>　　系 別： 機電工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 檢測技術及應用 </p><p>　　熱電偶測溫計的設計與

2、制作</p><p><b>　　設計任務和要求</b></p><p><b>　　1．設計指標 </b></p><p>　　實現(xiàn)智能數(shù)字顯示儀表。要求8位數(shù)碼管顯示，4位顯示測量值，4位顯示設定值；</p><p>　　4輸入按鈕：功能選擇、數(shù)碼管選擇、數(shù)字增加、數(shù)字減少；</p>

3、<p>　　可設定上下限報警蜂鳴器報警；</p><p><b>　　2．設計要求</b></p><p>　　畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p><b>　　元器件及參數(shù)選擇；</b></p><p><b>　　電路仿真與調(diào)試；</b><

4、/p><p>　　PCB文件生成與打印輸出。</p><p>　　3．制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。</p><p>　　4．編寫設計報告 寫出設計與制作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。</p><p><b>　　1.1選題的意義</b></p><p>　　熱電偶

5、具有構造簡單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱、機械沖擊能力強以及響應速度快等特點，常用于高溫區(qū)域、振動沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結構測溫場合；但其信號輸出靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號和前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。</p><p><b>　　1.2 設計方案</b></p><p>　　通過B型（鉑銠30）熱電偶測量的答題思路

6、為</p><p>　　1.3熱電偶測溫計的設計</p><p>　　1.3.1．智能儀表基本模塊硬件電路</p><p>　　智能儀表基本模塊由單片機、輸入按鈕、硬件顯示和通信接口組成</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p>　　(1)最小系統(tǒng)板電路</p>

7、<p><b>　　(2)電源電路</b></p><p><b>　　(3)按鍵電路</b></p><p><b>　　(4)揚聲器電路</b></p><p><b>　?。?）數(shù)碼管電路</b></p><p><b>　　(6

8、)信號調(diào)理電路</b></p><p><b>　　(7)功率驅動電路</b></p><p><b>　　(8)LED電路</b></p><p>　　1.3.2 智能儀表基本模塊的功能：</p><p>　?。?）具有兩排8個是數(shù)碼管顯示，分別顯示測量值與設定值， 數(shù)碼管由74HC5

9、95驅動，因此只需要3個單片機引腳，可以用SPI接口引腳：PB4、PB5（MOSI）和PB7（SCK），或是采用I/O引腳搭配時序的方法驅動。</p><p>　?。?）具有4個按鈕：功能選擇按鈕、數(shù)碼管選擇按鈕、數(shù)字加按鈕、數(shù)字減按鈕。按鈕直接連在單片機引腳，低電平有效。</p><p>　　（3）具有4個LED燈，用于顯示狀態(tài)，直接連到單片機引腳，低電平有效。</p>&

10、lt;p><b>　　智能儀表的外形：</b></p><p>　　其中上排數(shù)碼管顯示測量值，下排數(shù)碼管顯示設定值，4個按鈕用三個，右上側有4個發(fā)光二極管。</p><p>　　1.4、測溫模塊設計</p><p><b>　　1.4.1熱電偶</b></p><p>　　B型熱電偶在熱電偶系

11、列中具有準確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長，測溫上限高等優(yōu)點。適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。B型熱電偶一個明顯的優(yōu)點是不需用補償導線進行補償，因為在0~50℃范圍內(nèi)熱電勢小于3μV。</p><p>　　B型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏度低，高溫下機械強度下降，對污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，因而一次性投資較大。

12、兩種不同成分的導體兩端接合成回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢成為熱電勢，也稱為熱電動勢，熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的。其中，直接用做測量介質溫度的一端叫作工作端（稱為測量端），另一端叫做冷端（稱為補償端）。冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。</p><p>　　熱電偶將熱能轉換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電

13、偶的熱電勢，應注意以下問題：</p><p>　　熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢大小，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫差有關</p><p>　　當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)</p><p>　　本設計要求的B型（鉑銠30）熱電偶測溫范圍如下

14、表</p><p>　　1.4.2熱電偶信號調(diào)理電路</p><p>　　采用LM35的B00000000----------------------------型熱電偶冷端補償電路</p><p>　　B型熱電偶在0度時的熱電勢為0mV，在1600度時的熱電勢為18.84mV。若輸出電壓為0.2-3.3v。因此放大器輸出電壓方程為：</p><

15、p>　　1）0.2=m*0+b 和 2）3.3=m*18.84+b算出m、b的值然后根據(jù)</p><p>　　3）m=[R2/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg] 和 4）b=Vref[R1/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg]算出實驗所需的數(shù)據(jù)</p><p>　　1.5驅動雙向晶閘管設計</p><p>　　本系統(tǒng)采用晶閘管脈沖調(diào)制驅動電路，其負載

16、為1000W的電加熱器（電源電壓為220VAC）。單片機驅動晶閘管脈沖調(diào)制驅動器的電路如下圖所示。</p><p>　　單片機驅動晶閘管脈沖調(diào)制驅動器的電路</p><p><b>　　1.6軟件設計</b></p><p><b>　　1.6.1主程序</b></p><p>　　#include

17、<iom 16v.h></p><p>　　#include< macros.h ></p><p>　　unsigned char vadc; //vadc 測得的放大電勢值</p><p>　　unsigned int var;

18、 //測得的溫度值</p><p>　　Unsign int data[8]; //全局變量</p><p>　　unsigned char xs[8]; //數(shù)據(jù)緩存</p><p>　　unsigned char disp[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92

19、,0x82,0xF8,0x80,0x90,//共陽數(shù)碼</p><p>　　0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf, </p><p>　　0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f, 0xFE,0xFF}; </p><p>　　unsigned int weizhi[]={0x01,0x02,

20、0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; 高電平有效*/</p><p>　　unsigned char LED0,LED1,LED2,LED3;</p><p>　　Void main(void) //主函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p>&

21、lt;p>　　unsign char adc_time;</p><p>　　unsign char saomiao_time;</p><p>　　unsign char xianshi_time;</p><p>　　init_devices（）；adc_time=0;}</p><p><b>　　while(1)<

22、;/b></p><p>　　While(adc_time=1) //測溫</p><p>　　{ adc(); </p><p>　　Char lp(); //濾波 </p><p><b>　　PID（）；</b><

23、;/p><p><b>　　Shuchu();</b></p><p>　　adc_time=0;}</p><p>　　While(saomiao_time==1)</p><p>　　{ saomiao1(); //掃描按鍵并存放數(shù)據(jù)</p><p>　　Saomiao_

24、time=0;}</p><p>　　while(xianshi_time==1)</p><p>　　{ spihc(); //數(shù)碼管顯示</p><p>　　LED(); // LED燈顯示</p><p>　　xianshi_time=0;}</p>

25、<p><b>　　}</b></p><p>　　#pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 //定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務程序</p><p>　　{ static unsigned char n；</p><p><b>　　n ++;</b></p

26、><p>　　If(n==20) //200ms</p><p>　　adc_time=1; //adc轉換</p><p>　　Saomiao_time=1; //掃描PD口按鍵 </p>

27、<p>　　xianshi_time=1; //顯示數(shù)碼管</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　1.6.2子程序</b></p><p>　?。?）ADC初始化函數(shù)</p><p>　　Void adc_i

28、nit(void)</p><p>　　{ ADCSRA=0x00; // ADCSRA –ADC控制和狀態(tài)寄存器</p><p>　　ADMAX=0x20; //選擇外部參考電壓，通道0，左對齊</p><p>　　ADCSRA=0xE2;</p>&

29、lt;p>　　SFIOR=0Xa0; // SFIOR-特殊功能IO寄存器，定時器1比較匹配B</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(2)ADC轉換程序</p><p>　　Void adc(void)</p><p>　　{ static unsigned

30、char n;</p><p>　　while(!(ADCSRA&(1<<ADIF))); //等待轉換完成</p><p>　　ADH=ADCH; //8位轉換</p><p><b>　　If(n<5)</b></p>&

31、lt;p>　　Value_adc[n++]=ADH;</p><p><b>　　Else </b></p><p><b>　　n =0;} </b></p><p>　　(3)算術平均值濾波子函數(shù)</p><p>　　Void Char lp(void)</p><p

32、>　　{ Int sum=0;</p><p>　　Char count;</p><p>　　For (count=0;count<5;count++)</p><p>　　{ sum+=Value_adc[count]; //獲取ADC轉換結果，計算相加</p><p><b>　　Delay(

33、);}</b></p><p>　　vadc=sum/5;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(4)定時器初始化函數(shù)</p><p>　　Void T1_init(void) //初始化定時器，產(chǎn)生10ms周期中斷</p><p&

34、gt;　　{OCR1A=1249;</p><p>　　TIMSK|=(1<<OCIEA);</p><p>　　TCCR1A=0x00;</p><p>　　TCCR1B=0x08; //定時器工作在CTC計數(shù)器模式</p><p>　　TCCR1B|=0x02;

35、 // 設定定時器1的分頻值為8分頻</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）顯示LED燈子程序</p><p>　　Void LED(void)</p><p>　　{ if(LED0==1)</p><p>　　PORTB^

36、=0x01;</p><p>　　If(LED1==1)</p><p>　　PORTB|=1<<1;</p><p>　　If(LED2==1)</p><p>　　PORTB|=1<<2;</p><p>　　If(LED3==1)</p><p>　　PORTB|=

37、1<<3;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(6)定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務程序 </p><p>　　#pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 //定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務程序</p><p>　　{ s

38、tatic unsigned char n；</p><p><b>　　n ++;</b></p><p>　　If(n==20) //200ms</p><p>　　adc_time=1; //adc轉換</p&

39、gt;<p>　　Saomiao_time=1; //掃描PD口按鍵 </p><p>　　xianshi_time=1; //顯示數(shù)碼管</p><p><b>　　} </b></p><p>　　(7) SPI初始化</p>

40、<p>　　Void SPI_init(void)</p><p>　　SPDR=(1<<6)|(1<<4)|(1<<5)|(1<<1)|(1<<0); //使能SPI主機模式，設置時鐘速率為fck/128</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?/p>

41、8）引腳初始化函數(shù)</p><p>　　Void port_init(void) //引腳初始化函數(shù)</p><p>　　{PORTA=0x80; //AD通道PA0口輸入模擬信號</p><p>　　DDRA=0x80;</p><p>

42、;　　PORTB=0xff; //PB輸出 LED燈</p><p>　　DDRB=0xff;</p><p>　　PORTC=0xff; //PC輸出 數(shù)碼管</p><p>　　DDRC=0xff;</p><p>　　

43、PORTD=0x00; //PD口輸入按鈕信號</p><p>　　DDRD=0x00;</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）系統(tǒng)初始化函數(shù)</p><p>　　Void init_devices(void)

44、 //系統(tǒng)初始化</p><p><b>　　{CLI();</b></p><p>　　port_init();</p><p><b>　　adc_init;</b></p><p><b>　　T1_init;</b></p><p&g

45、t;<b>　　SPI_init;</b></p><p><b>　　SEI();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　?。?0）掃描子程序</b></p><p>　　Void saomiao1(void)<

46、/p><p>　　{ unsigned int i;</p><p>　　Static unsigned int j,m,k;</p><p><b>　　If(j==0)</b></p><p>　　{if (PIND|=0xFE) //判斷PD0引腳 功能鍵</p><p>　

47、　for (i=0;i<<2000;i++);</p><p>　　if (PIND|=0xFE) </p><p>　　while(PIND|=0xFE);</p><p><b>　　{j+=1;</b></p><p><b>　　if(j>3)</b></p>

48、<p><b>　　j=0;}</b></p><p><b>　　else </b></p><p>　　saomiao2();</p><p><b>　　shuju();</b></p><p>　　if(j==1)

49、 // LED燈亮</p><p><b>　　{LED1=1;</b></p><p>　　data[3]=data[2];} //設定并存放報警上限值</p><p>　　Else if(j==2)</p><p>　　{LED2=1; data[4]=data[2];} //設定

50、并存放報警下限值 </p><p>　　Else if(j==3)</p><p>　　{ED3=1; data[5]=data[2];} //設定并存放給定值</p><p><b>　　}</b></p><p>　　（11）數(shù)碼管、按鈕子程序</p><p>　　Void s

51、aomiao2(void) //選擇數(shù)碼管 按鈕 </p><p>　　{ unsigned int p;</p><p><b>　　if(m==0)</b></p><p>　　if (PIND|=0xFD) //判斷PD1引腳</p><p>　　for (p=0;p&

52、lt;<2000;p++);</p><p>　　if (PIND|=0xFD) </p><p>　　while(PIND|=0xFD);</p><p><b>　　{m+=1;</b></p><p><b>　　if(m>4)</b></p><p>&

53、lt;b>　　m=0;}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　saomiao3();</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?2）判斷數(shù)據(jù)增減子程序</p><p>　　Void saomiao3

54、(void) //判斷數(shù)據(jù)增減</p><p>　　{ unsigned int q; </p><p><b>　　If(0<k<9)</b></p><p>　　if (PIND|=0xFB) //判斷PD2引腳</p><p&g

55、t;　　for (q=0;q<<2000;q++);</p><p>　　if (PIND|=0xFB) </p><p>　　while(PIND|=0xFB);</p><p><b>　　{k+=1；}</b></p><p>　　if (PIND|=0xF7) //判斷PD3引腳&

56、lt;/p><p>　　for (q=0;q<<2000;q++);</p><p>　　if (PIND|=0Xf7) </p><p>　　while(PIND|=0xF7);</p><p><b>　　{k-=1;}</b></p><p>　　Else k=0; </p&

57、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　?。?3）數(shù)據(jù)設定存放子程序</p><p>　　Void shuju(void)</p><p><b>　　{If(m==1)</b></p><p>　　data[2]+=k;</p><p><

58、;b>　　if(m==2)</b></p><p>　　data[2]+=1<<4;</p><p><b>　　if(m==3)</b></p><p>　　data[2]+=1<<8;</p><p><b>　　if(m==4)</b></p&g

59、t;<p>　　data[2]+=1<<12;}</p><p>　?。?4）向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)</p><p>　　void xianshi(unsigned char X) //向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)</p><p>　　{unsigned char i; </p><p>　　for(i=

60、8;i>=1;i--)</p><p>　　{if (X&0x80) PORTC.5=1; else PORTC.5=0; //先輸出低位</p><p><b>　　X<<=1;</b></p><p>　　PORTC.7 = 0;</p><p>　　PORTC.7 = 1;</

61、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　（15）顯示數(shù)碼管子程序</p><p>　　void spihc595 (void) //顯示子程序</p><p>

62、　　{unsigned char i; </p><p><b>　　{</b></p><p>　　{data[0]=var; //顯示測量值</p><p>　　data[1]=data[4];

63、//顯示給定值定值</p><p>　　if(LED1==1)</p><p>　　data[1]=data[2]; //顯示報警上限值</p><p>　　if(LED2==1)</p><p>　　data[1]=data[3];

64、 //顯示報警下限值</p><p>　　xs[0]= data[1]/1000%10;</p><p>　　xs[1]= data[1]/100%10;</p><p>　　xs[2]= data[1]/10%10;</p><p>　　xs[3]=data[1]%10;</p><p>　　xs[4]= dat

65、a[0]/1000%10;</p><p>　　xs[5]= data[0]/100%10;</p><p>　　xs[6]= data[0]/10%10;</p><p>　　xs[7]=data[0]%10;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xianshi(weiz

66、hi[i]); //位輸出</p><p>　　xianshi(disp[xs[i]]); //段輸出 </p><p>　　PORTC.6 = 0; //鎖存信號低電平</p><p>　　PORTC.6= 1;

67、 //鎖存信號高電平</p><p>　　i++;if(i==8)i=0;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　1.7、安裝調(diào)試</b></p>&

68、lt;p>　　1.7.1實驗過程中遇到的問題及解決方法</p><p><b>　　熱電偶模塊</b></p><p><b>　　連接之后電路故障。</b></p><p>　　從新觀察電路圖發(fā)現(xiàn)連接錯誤。重新連接之后一切正常。</p><p><b>　　1.8總結</b&

69、gt;</p><p><b>　　1.8.1設計體會</b></p><p>　　通過這次對熱電偶測溫儀的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于熱電偶測溫儀的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中

70、因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。</p><p>　　通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。</p><p>　　1.8.2對設計的建議</p><p>　　我希望老師在我們動手制作之前應先告訴我們一些關于所做電路的資料、原理

71、，以及如何檢測電路的方法，還有關于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進一步的進入狀況，完成設計</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　【1】厲玉鳴主編，化工儀表及自動化（第三版），北京化學工業(yè)出版社，1999</p><p>　　【2】楊麗明，張光新主編.化工自動化及儀表.北京化學工業(yè)出版社，2004</p&