居里温度仪的设计与制作
目 录
一、 引言 1
（一） 居里温度仪的发展背景 1
（二） 居里温度仪的国内外发展现状 2
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 居里温度仪系统微处理器选择 3
（二） STC89C51单片机概述 3
（三） 霍尔传感器磁场测量模块介绍 4
（四） LCD1602屏幕介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 系统方案设计 7
（二） STC89C51单片机最小系统设计 8
（三） 磁场测量电路设计 9
（四） LCD1602液晶电路设计 9
（五） 报警电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 软件系统流程图设计 12
（二） 磁场测量软件流程 13
（三） LCD1602显示流程设计 13
总结 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
附录四 部分程序 21
引言
居里温度仪的发展背景
居里温度仪是一种能够自动测量金属材料居里温度点的自动控制系统，它在工业测量场合具有广泛地应用。所谓居里温度，就是指当带有磁性的金属（如铁、镍、钴等）被加热到一定的温度时，其磁性会瞬间消失，这时金属的温度值就是该材料的居里温度值。磁性金属的这一特性在微观上有合理的解释，在低于居里温度点时，磁性金属内部的电子和中子等微观分子排列有序，所产生的磁性力都指向同一个方向，因此在宏观上金属就表现出了磁性，能够吸引其他金属；而当该金属的温度被加热到居里温度点时，金属内部排列有序的微观分子瞬间被打乱，各个分子所产生的磁场力互相抵消，因此在宏观上金属的磁性就瞬间消失了，这就是居里温度点带来的效应。
在工业场合（如地址勘探、冶金）等场合，新型的金属或者合金被发明出来后，需要对其特性进行全方面的测量，这其中就包括距离温度点的测试，传统上的居里温度仪是一种全部采用模拟电路的复杂仪器，
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现出了磁性，能够吸引其他金属；而当该金属的温度被加热到居里温度点时，金属内部排列有序的微观分子瞬间被打乱，各个分子所产生的磁场力互相抵消，因此在宏观上金属的磁性就瞬间消失了，这就是居里温度点带来的效应。
在工业场合（如地址勘探、冶金）等场合，新型的金属或者合金被发明出来后，需要对其特性进行全方面的测量，这其中就包括距离温度点的测试，传统上的居里温度仪是一种全部采用模拟电路的复杂仪器，其探头大多采用绕线线圈，在使用过程中，由于金属在低于居里温度时具有磁性，因此在金属表面附近就有磁场存在，根据法拉第感应定理，当强度变化的磁场线经过导线时，磁场能会转变成电场能。因此当金属温度达到居里温度点时，磁场消失的一瞬间，由于磁场强度被改变，因此线圈两端就在电场能的作用下产生电压，这样通过传统居里温度仪中的滤波电路、放大电路以及整形电路等，实现这一瞬间变化的监控，从而确定金属的居里温度点。可以发现这一过程的操作繁琐性以及电路复杂程度，并且在金属低于居里温度和高于居里温度时，探头几乎都没有任何反应，只有到达居里温度的一瞬间探头才会有电压产生，因此测量十分不准确，并且容易受干扰信号的干扰。随着单片机技术以及传感器技术的迅猛发展，一种数字式的居里温度仪出现在工业测量场合，这种居里温度仪取消了传统居里温度仪中的线圈探头、放大电路、滤波电路以及整形电路等部分，而以霍尔传感器取代这些模拟电路，霍尔传感器是根据霍尔效应而设计的一种数字传感器，它的输出信号为直流模拟电压，并且电压值随待测磁场场强的大小而变化，即磁场强度越大，其输出电压越大。通过霍尔传感器的这个特点，设计人员将霍尔传感器嵌入到了居里温度仪中，由于待测材料低于居里温度时能够产生磁场，因此霍尔传感器就有直流电压输出；而金属温度高于居里温度时，周围没有磁场，因此霍尔传感器就没有电压输出，这样通过单片机的作用，并结合温度传感器部分，就能够轻易的设计出性能优良的居里温度仪，这种数字式居里温度仪不但将温度采集模块、显示模块集成在一起，在仪器体积上也到达了手持化，方便了工业活动的进行。本课题就以居里温度仪作为研究对象，选用单片机、霍尔传感器等必要器件，设计了一款智能居里温度仪控制系统。
居里温度仪的国内外发展现状
居里温度仪目前在国内外都具有广泛的研究，由于新型金属和合金材料被不断设计出来，工业上需要对这些新型材料进行全方位的研究和性能测试，居里温度点是这其中不可或缺的测量参数，因此为了满足不同领域的测量，需要设计精度和准确性更高的居里温度仪。通过居里温度仪的发展背景可以发现，要设计高精度和高准确度的数字式居里温度仪，就需要更高精度的温度传感器，而DS18B20等一些常用温度传感器的最高精度只能达到0.0625℃，并且在此精度下，测量时间要高达750ms，这样虽然获得了稍高的精度，但是准确度却没有保障。因此高性能的温度传感器是高性能居里温度仪的关键部分，前不久国外一个研究小组设计了一款精度能够达到六位的居里温度仪，他们通过高速处理器设计了一款高性能的温度采样模块，这样就提高了居里温度仪的整体性能。
本文主要内容
本文主要设计了一款数字式居里温度仪控制系统，采用霍尔传感器作为系统的探头，通过ATMEL公司的STC89C51单片机作为主控核心，再片外结合了液晶屏、报警器、温度传感器以及按键等模块，构成了本系统的硬件结构。本文主要从硬件和软件两个角度阐述了居里温度仪控制系统的设计过程，在硬件上，首先介绍了系统器件的选择和原理介绍，然后通过原理图进行设计思路的描述；在软件上，通过将各个模块工作过程绘制成软件流程图进行其功能描述，最后通过Keil和Proteus两款软件实现了控制系统的联合仿真。
方案选择及元器件介绍
居里温度仪系统微处理器选择
方案一：选择中国宏晶公司推出的8位单片机STC89C51单片机作为本控制系统的主控单片机，STC89C51单片机同美国ATMEL公司的STC89C51属于同一种类型的单片机，都属于C51，片内采用INTEL公司的MCS-51内核作为片内的CPU，在CPU外部集成了一些常用的外围模块，如UART串口、两个外部中断管脚以及定时器模块等。STC89C51单片机的定时器是一款具有16位精度的高性能定时器，它的精确定时使得它能够应用在一些需要精确定时的场合。由于大学期间对51单片机有过系统的学习，并且已经掌握了其使用方法，因此本系统选择STC89C51单片机作为主控核心，能够大大缩短毕业设计的开发周期。
方案二：选用美国微芯半导体（Microchip）公司研发的PIC单片机作为主控芯片，PIC单片机的最大亮点是它以应用为出发，推出了适用于不同应用的几十种型号，这种单片机在推出时凭借着它极强的抗干扰能力迅速地在汽车领域赢得了广泛的应用，比如在汽车的点火器应用中，对单片机的要求是抗干扰能力强、芯片管脚少、管脚输出电流能力强、存储器容量小以及片内资源少，于是Microchip就推出了只有八个管脚PIC12
一、 引言 1
（一） 居里温度仪的发展背景 1
（二） 居里温度仪的国内外发展现状 2
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 居里温度仪系统微处理器选择 3
（二） STC89C51单片机概述 3
（三） 霍尔传感器磁场测量模块介绍 4
（四） LCD1602屏幕介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 系统方案设计 7
（二） STC89C51单片机最小系统设计 8
（三） 磁场测量电路设计 9
（四） LCD1602液晶电路设计 9
（五） 报警电路设计 10
四、 软件系统设计 12
（一） 软件系统流程图设计 12
（二） 磁场测量软件流程 13
（三） LCD1602显示流程设计 13
总结 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
附录四 部分程序 21
引言
居里温度仪的发展背景
居里温度仪是一种能够自动测量金属材料居里温度点的自动控制系统，它在工业测量场合具有广泛地应用。所谓居里温度，就是指当带有磁性的金属（如铁、镍、钴等）被加热到一定的温度时，其磁性会瞬间消失，这时金属的温度值就是该材料的居里温度值。磁性金属的这一特性在微观上有合理的解释，在低于居里温度点时，磁性金属内部的电子和中子等微观分子排列有序，所产生的磁性力都指向同一个方向，因此在宏观上金属就表现出了磁性，能够吸引其他金属；而当该金属的温度被加热到居里温度点时，金属内部排列有序的微观分子瞬间被打乱，各个分子所产生的磁场力互相抵消，因此在宏观上金属的磁性就瞬间消失了，这就是居里温度点带来的效应。
在工业场合（如地址勘探、冶金）等场合，新型的金属或者合金被发明出来后，需要对其特性进行全方面的测量，这其中就包括距离温度点的测试，传统上的居里温度仪是一种全部采用模拟电路的复杂仪器，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
现出了磁性，能够吸引其他金属；而当该金属的温度被加热到居里温度点时，金属内部排列有序的微观分子瞬间被打乱，各个分子所产生的磁场力互相抵消，因此在宏观上金属的磁性就瞬间消失了，这就是居里温度点带来的效应。
在工业场合（如地址勘探、冶金）等场合，新型的金属或者合金被发明出来后，需要对其特性进行全方面的测量，这其中就包括距离温度点的测试，传统上的居里温度仪是一种全部采用模拟电路的复杂仪器，其探头大多采用绕线线圈，在使用过程中，由于金属在低于居里温度时具有磁性，因此在金属表面附近就有磁场存在，根据法拉第感应定理，当强度变化的磁场线经过导线时，磁场能会转变成电场能。因此当金属温度达到居里温度点时，磁场消失的一瞬间，由于磁场强度被改变，因此线圈两端就在电场能的作用下产生电压，这样通过传统居里温度仪中的滤波电路、放大电路以及整形电路等，实现这一瞬间变化的监控，从而确定金属的居里温度点。可以发现这一过程的操作繁琐性以及电路复杂程度，并且在金属低于居里温度和高于居里温度时，探头几乎都没有任何反应，只有到达居里温度的一瞬间探头才会有电压产生，因此测量十分不准确，并且容易受干扰信号的干扰。随着单片机技术以及传感器技术的迅猛发展，一种数字式的居里温度仪出现在工业测量场合，这种居里温度仪取消了传统居里温度仪中的线圈探头、放大电路、滤波电路以及整形电路等部分，而以霍尔传感器取代这些模拟电路，霍尔传感器是根据霍尔效应而设计的一种数字传感器，它的输出信号为直流模拟电压，并且电压值随待测磁场场强的大小而变化，即磁场强度越大，其输出电压越大。通过霍尔传感器的这个特点，设计人员将霍尔传感器嵌入到了居里温度仪中，由于待测材料低于居里温度时能够产生磁场，因此霍尔传感器就有直流电压输出；而金属温度高于居里温度时，周围没有磁场，因此霍尔传感器就没有电压输出，这样通过单片机的作用，并结合温度传感器部分，就能够轻易的设计出性能优良的居里温度仪，这种数字式居里温度仪不但将温度采集模块、显示模块集成在一起，在仪器体积上也到达了手持化，方便了工业活动的进行。本课题就以居里温度仪作为研究对象，选用单片机、霍尔传感器等必要器件，设计了一款智能居里温度仪控制系统。
居里温度仪的国内外发展现状
居里温度仪目前在国内外都具有广泛的研究，由于新型金属和合金材料被不断设计出来，工业上需要对这些新型材料进行全方位的研究和性能测试，居里温度点是这其中不可或缺的测量参数，因此为了满足不同领域的测量，需要设计精度和准确性更高的居里温度仪。通过居里温度仪的发展背景可以发现，要设计高精度和高准确度的数字式居里温度仪，就需要更高精度的温度传感器，而DS18B20等一些常用温度传感器的最高精度只能达到0.0625℃，并且在此精度下，测量时间要高达750ms，这样虽然获得了稍高的精度，但是准确度却没有保障。因此高性能的温度传感器是高性能居里温度仪的关键部分，前不久国外一个研究小组设计了一款精度能够达到六位的居里温度仪，他们通过高速处理器设计了一款高性能的温度采样模块，这样就提高了居里温度仪的整体性能。
本文主要内容
本文主要设计了一款数字式居里温度仪控制系统，采用霍尔传感器作为系统的探头，通过ATMEL公司的STC89C51单片机作为主控核心，再片外结合了液晶屏、报警器、温度传感器以及按键等模块，构成了本系统的硬件结构。本文主要从硬件和软件两个角度阐述了居里温度仪控制系统的设计过程，在硬件上，首先介绍了系统器件的选择和原理介绍，然后通过原理图进行设计思路的描述；在软件上，通过将各个模块工作过程绘制成软件流程图进行其功能描述，最后通过Keil和Proteus两款软件实现了控制系统的联合仿真。
方案选择及元器件介绍
居里温度仪系统微处理器选择
方案一：选择中国宏晶公司推出的8位单片机STC89C51单片机作为本控制系统的主控单片机，STC89C51单片机同美国ATMEL公司的STC89C51属于同一种类型的单片机，都属于C51，片内采用INTEL公司的MCS-51内核作为片内的CPU，在CPU外部集成了一些常用的外围模块，如UART串口、两个外部中断管脚以及定时器模块等。STC89C51单片机的定时器是一款具有16位精度的高性能定时器，它的精确定时使得它能够应用在一些需要精确定时的场合。由于大学期间对51单片机有过系统的学习，并且已经掌握了其使用方法，因此本系统选择STC89C51单片机作为主控核心，能够大大缩短毕业设计的开发周期。
方案二：选用美国微芯半导体（Microchip）公司研发的PIC单片机作为主控芯片，PIC单片机的最大亮点是它以应用为出发，推出了适用于不同应用的几十种型号，这种单片机在推出时凭借着它极强的抗干扰能力迅速地在汽车领域赢得了广泛的应用，比如在汽车的点火器应用中，对单片机的要求是抗干扰能力强、芯片管脚少、管脚输出电流能力强、存储器容量小以及片内资源少，于是Microchip就推出了只有八个管脚PIC12
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