基于热电偶的测温系统设计_毕业设计完整版

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。

基于K型热电偶的高精度测温装置设计王晓丹;孟令军;文波;张晓春【摘要】针对在热试验过程中K型热电偶测温存在非线性误差的问题,基于热电偶测温原理设计了一种高精度测温装置.装置以STM32单片机作为主控芯片,采用高精度测温专用AD芯片ADS1148,通过冷端补偿、分段拟合等措施来提高测温精度.试验结果表明,该装置在-50℃～500℃范围内,测温精度能达到±0.1 ℃,具有体积小、精度高、性能可靠等优点,可广泛应用于工业生产和军事领域的高精度测温场合.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2014(029)011【总页数】4页(P12-15)【关键词】热电偶;高精度;ADS1148;测温【作者】王晓丹;孟令军;文波;张晓春【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP212热电偶是在科研和生产过程中进行温度测量时应用最普遍、最广泛的测温元件，具有结构简单、使用方便、测温精度高等特点[1]。

但热电偶输出电势极其微弱，而且冷端温度误差和输出电势与被测温度的非线性容易引起较大测量误差[2]。

基于此，本文以ARM微处理器作为装置的控制核心，ADS1148作为测温专用数据采集器，设计了一种基于K型热电偶的高精度测温装置。

该装置具有可靠性好、抗干扰能力强、测温精度高等优点。

1 装置工作原理如图1所示，主控MCU收到指令后完成对4路温度传感器信号的采集控制，读取冷端补偿温度和ADC芯片的转换结果后，把温度数据经过编码、转换、存储到寄存器中，并通过串口将数据上传到计算机中，在计算机中通过上位机读取各通道的温度值并显示。

摘要本课题本系统采用PT100热电阻温度传感器和单片机组成可靠性高、功耗低的温度检测系统。

以AT89C51单片机系统为核心，对单点的温度进行实时检测。

采用模拟温度传感器PT100对温度进行检测；采用串型模数转换器ADC0809进行A/D转换把温度信号调解转换为电压信号与AT89C51单片机接口设置LED八段数码管实时显示温度值。

本设计包括温度传感器、A/D转换模块、数据传输模块、温度显示模块四个部分。

关键词：单片机，PT100热电阻，ADC0809，温度检测The design of Single Chip MicrocomputerTemperature Detection SystemBased on the Resistive Thermal Detector of PT100AbstractThis article AT89C51 monolithic integrated circuit which produces by ATMEL Corporation is the core, can inspect a single point of the temperature in real time. The adoption of the serial A/D for temperature signals into voltage signal mediation AT89C51 Single-Ship Compute interfaces with the eighth LED digital display of real-time temperature. The design includes four parts of the temperature sensor and the A / D converter module and the data transmission modules and the temperature display module. Each part functions and the process was described in the Paper in detail.Key words：Single-Ship Computer; Resistive Thermal Detector of PT100; ADC0809; Measure-temperature目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 方案论证 (2)1.2.1 单片机选型 (2)1.2.2 模数转换器选型 (3)1.2.3 显示方案确定 (3)2 硬件设计 (4)2.1 温度信号的获取与放大 (4)2.1.1 元件介绍 (4)2.1.2 放大电路设计 (4)2.2 模数转换单元 (5)2.2.1 8位串行A/D转换器ADC0809 (5)2.2.2 模数转换单元电路的设计 (7)2.3 键盘电路的设计 (8)2.4 LED显示电路的设计 (8)2.4.1 LED数码管原理 (9)2.4.2 LED数码管编码方式 (9)2.4.3 LED数码管显示方式和典型应用 (10)2.4.4 LED数码管的原理图 (11)2.5 声光报警电路 (12)2.6 单片机接口电路 (13)2.6.1单片机的时钟电路 (13)2.6.2复位电路和复位状态 (13)3 软件设计 (16)3.1 程序设计语言的选用 (16)3.2 软件程序的设计 (16)3.2.1 程序流程 (16)3.2.2 键盘管理 (17)3.2.3 LED显示 (18)3.2.4 模拟量的采集与处理 (18)3.3源程序 (22)4 抗干扰设计 (29)4.1 用于单片机系统的干扰抑制元件 (29)4.2 提高单片机系统抗干扰能力的主要手段 (29)5 结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)论文原创性声明 ...................................................................................... 错误!未定义书签。

基于PT100热电阻的简易温度测量仪摘要：本文首先简要介绍了铂电阻PT100的特性以及测温的方法，在此基础上阐述了基于PT100的温度测量系统设计。

在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集。

通过对电路的设计，减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0℃～100℃范围内达到±0.1℃。

本文采用STC89C52RC单片机，TLC2543 A/D转换器，AD620放大器，铂电阻PT100及液晶系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度及温度曲线的实时显示。

该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广。

关键词：PT100 单片机温度测量 AD620 TL431AbstractThis article briefly describes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature measurement method, on the basis it describes the design of temperature measurement system based on PT100. In this design, it is use a PT100 platinum resistance as temperature sensor, in order to acquisition the temperature signal, it use of constant-current temperature measurement method and use single-chip control, Amplifier, A / D converter. It can still improve the perform used two-wire temperature circuit and reduce the measurement eror. The temperature precision is reached ±0.1℃ between 0℃～100℃.The system contains SCM(STC89C52), analog to digital convert department (TLC2543), AD620 amplifier, PT100 platinum, LCD12864, write the corresponding software program to achieve real-time temperature display. The system is simple , accurate , stable and wide range. Keywords:PT100 MCU Temperature Measures AD620 TL431目录前言 (4)第一章方案设计与论证 (6)1.1 传感器的选择 (6)1.2 方案论证 (7)1.3 系统的工作原理 (8)1.4 系统框图 (9)第二章硬件设计 (9)2.1 PT100传感器特性和测温原理 (9)2.2 硬件框图以及简要原理概述 (11)2.3 恒流源模块测温模块设计方案 (11)2.4 信号放大模块 (12)2.5 A/D转换模块 (15)2.6 单片机控制电路 (18)2.7 显示模块 (19)第三章软件设计 (19)3.1系统总流程的设计 (19)3.2 主函数的设计 (20)3.3 温度转换流程图的设计 (21)3.4 显示流程图 (21)3.5 按键流程的设计 (22)第四章数据处理与性能分析 (23)4.1采集的数据及数据处理 (23)4.2 性能测试分析 (23)第五章结论与心得 (24)1 结论 (24)2 心得 (24)附录1 原理图 (25)附录2 元器件清单 (26)附录3 程序清单 (27)前言随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。

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。

（完整word版）热电偶温度计的测温原理、选型及其应⽤《⾃动检测技术及仪表》课程设计报告热电偶温度计的测温原理、选型及其应⽤学院：班级：姓名：学号：⽬录⼀摘要 (3)⼆热电偶温度计的测温原理 (3)2.1 热电偶的测温原理 (3)2.2 接触电势 (4)2.3 温差电势 (4)2.4 热电偶温度计闭合回路的总热电势 (4)三热电偶温度计的组成结构及其作⽤和特 (5)3.1 热电偶温度计的组成结构 (5)3.2 热电偶温度计的作⽤及特点 (6)四热电偶温度计测温技术中涉及到的定则 (7)4.1 均质导体定则 (7)4.2 中间导体定则 (7)4.3 连接导体和中间温度定则 (8)五热电偶温度计的误差分析及选型 (8)5.1 影响测量误差的主要因素 (8)5.1.1插⼊深度 (8)5.1.2响应时间 (9)5.1.3热辐射 (10)5.1.4冷端温度 (11)5.2 热电偶温度计的选型 (11)六现场安装及其注意事项 (13)七总结 (13)⼋参考⽂献 (15)⼀、摘要热电偶温度计是⼀种最简单﹑最普通，测温范围最⼴的温度传感器，是科研﹑⽣产最常⽤的温度传感器。

在使⽤时不注意，也会引起较⼤测量误差。

针对当前存在的问题，详细探讨影响测量误差的主要因素：热电偶插⼊深度﹑响应时间﹑热辐射及冷端温度等因素对测量的影响；在使⽤时应该怎样选择热电偶温度计，以及使⽤时的⼀些安装注意事项，这对提⾼测量精度，延长热电偶寿命，都有⼀定的意义。

⼆、热电偶温度计的测温原理热电偶温度计是⼀种感温元件 , 把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电⽓仪表转换成被测介质的温度。

热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路 , 当两端温度不同时 , 回路中就会产⽣电势，这种现象称为热电效应（或者塞贝克效应）。

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°C 时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---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 (7)2.3功能介绍 (6)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。

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。

基于单片机的热电偶测温系统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。

本文设计了基于单片机的热电偶测温系统，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AT89C51单片机为主控单元。

文中首先介绍了热电偶的测温原理，热电偶冷端补偿方法，结构形式，及其特点等，另外简答介绍了硬件平台中相关模块的功能及用法。

另外对硬件电路包括温度转换芯片MAX6675、K型热电偶、89C51单片机、数码管等元器件及温度采集电路、温度转换电路、数码管显示电路做了详细的介绍及说明。

关键词温度传感器热电偶热时间常数冷端补偿The thermocouple temperature measurement systembased on single chip microcomputerABSTRACTThermocouple sensor is currently the most widely used in non-contact temperature measurement of thermoelectric sensors, in the industry with a temperature sensor and its important status. This paper designed the thermocouple temperature measurement system based on single chip microcomputer, the temperature measurement system composed of temperature measuring circuit, operational amplifier circuit, A/D conversion circuit and display circuit, AT89C51 single chip processor as the main control unit. This paper first introduces the principle of thermocouple temperature measurement, the thermocouple cold junction compensation method, structure form, and its characteristics, etc., in the hardware platform are introduced another short answer function and usage of related modules. In addition to hardware circuit including temperature conversion chip MAX6675, K type thermocouple, 89 c51, digital tube and other components and temperature acquisition circuit, temperature conversion circuit, digital tube display circuit made detailed introduction and description.KEY WORDS Temperature sensor Thermocouple Thermal time constant Cold junction compensation1 绪论温度是反映物体冷热状态的物理参数，对温度的测量在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工、国防、科研等领域中有广泛地应用。

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。

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。

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。