课程设计
课程名称：传感器原理及应用
实验项目：热电偶温度传感器的设计
实验地点：信息学院传感器实验室
专业班级：电科1401班学号：********** 学生姓名：***
2018年12月26日
太原理工大学课程设计任务书
1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）。
2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。
一、设计方案
设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。
方案一：分立元气件冷端补偿方案
该方案的热电偶冷端温度补偿器件是由分立元件构成的,其体积大,使用不够方便,而且在改变桥路电源或热电偶类型时需要重新调整电路的元件值。主要包括温度采集电路、信号放大电路、A/D 转换电路、热电偶冷端补偿电路、数码管显示电路等。其系统框图如图1。
图1：分立元气件冷端补偿
方案二：集成电路温度补偿方案
采用热电偶冷端补偿专用芯片MAX6675，MAX6675温度转换芯片具有冷端温度补偿及对温度进行数字化测量这两项功能。一方面利用内置温度敏感二极管将环境温度转换成补偿电压，另一方面又通过模数转换器将热电势和补偿电压转换为代表温度的数字量, 将二者相加后从串行接口输出测量结果，即为实际温度数据。主要包括温度采集电路、MAX6675温度转换电路、数码管显示电路等。其系统框图如图2。
图2：集成电路温度补偿方案 AD590 冷端补偿电路模块 单片机模块 热电偶 转换和放大电路模块 模
数
转
换
LED 显示模
块
热端 冷端
测温的模拟电路是把当前K型热电偶传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号，再传给单片机AT89S51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。
综合对比以上两种方案，方案一电路复杂，且测量不精确照成误差较大，方案二采用集成温度转换芯片不仅能很好的解决冷端温度补偿及温度数值化问题，并消除由热电偶非线性而造成的测量误差,且精确度高，可实现电路的优化设计。故最后采用方案二。
二、传感器的选择:
物体的冷热水平可以通过温度来衡量，从分子水平看，又可以表示物体分子运动状态，温度越高，分子运动越猛烈。物体温度改变后显示出的一些特点只可以由温度间接测量。最基本的环境方法——温度，对周边环境会产生重要影响、和人们的衣食住行、农业生产等方面密不可分。温度的测量在工业、农业生产中必不可少，在工业生产中甚至需要时刻观察温度的变化。所以通过对温度的测量和测温设备的研究具有非比寻常的意义。
在社会生产力的不断提高下，对温度测量系统收集的温度数据方法要求越来越高，已经渗透到社会方方面面。温度的测量主要应用于工业、农业这两大领域。在这两大领域中，无论是机械的正常运转还是农作物的蓬勃生长，都离不开温度的测量。在工业生产中，由于生产环境的限制，员工不可长时间停留观察设备运行正常或因为其他原因不能在现场。这是找到最佳的方式收集数据的迫切需要，将数据发送到一个比较好操作的控制室，便于工作人员对数据的分析与处理；在农业生产上，对温室大棚的温度监测，以前都是选择分区取样的人工处理方式，工作辛苦，精确度不高。而且在实际操作中，因为大棚的诸多环境限制因素，例如占地面积广、测量点分散而且数目多，所以这种测量方式已经被淘汰。当前的科技水平下，为了取得更大的效益促使我们必须找到一种精确、简便易行的温度采集测量方法。在科学技术的不断发展下，现代社会对各种参数：准确度和精密度的要求有一个几何增长。在以此基础上，如何快速、准确获取这些参数需要依
靠现代信息的发展水平。传感器技术、通信技术、计算机结构技术并称当代三大信息采集技术，而这之中传感器技术遥遥领先其他两种技术，特别是传感器技术中对于温度的测量。所以研究温度的收集方式和设备这一课题是相关领域国内外研究者的重要课题之一。对于本课题而言，基于测温线的温度测量系统可以较为简洁方便的测量出温度。
温热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等。近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便。
采用热电阻传感器设计测温电路，需要设计恒流源、冷端补偿电路、线性校正电路、放大电路、A/D转换电路，过程比较繁琐，集成度低，并且各个电路存在偏差，这些偏差经过多级电路后形成较大误差，严重影响测量温度值。为了电路简洁方便集成度高，减小误差，本次测温电路选用K型热电偶，配合MAX6675完成测温系统。热电偶是工业中常用的温度测温元件，具有如下特点：
①测量精度高：热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响；
②热响应时间快：热电偶对温度变化反应灵敏；
③测量范围大：热电偶从 -40+ 1600℃均可连续测温；
④性能可靠，机械强度好；
⑤使用寿命长，安装方便；
但是，K型热电偶须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性线、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设。MAX6675 是美国MAXIM公司生产的带有冷端补偿、线性校正、热电偶断线检测的串行K型热电偶模数转换器,即一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、AD转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。将K型热电偶
