单片机的多功能温度测量仪的设计(附件)
基于单片机的多功能温度测量仪，是采用热电偶作为温度采集元件，利用MAX6675将温度信号转变为数字信号,以及进行冷端补偿，从而显示温度。热电偶温度传感器在工业上得到了广泛地应用。该论文主要任务使用K型、T型、J型热电偶来测量温度的系统。我们选用的热电偶为k型、T型、J型热电偶，温度补偿采用MAX6675来实现，单片机选用89C51单片机，温度的显示用1602液晶显示屏。整个硬件电路分为温度采集电路，温度转换电路，温度控制电路，超量程报警电路、液晶显示屏显示电路。使用proteus仿真软件来模拟仿真，通过C语言编程，软件和硬件相结合，最后制作出了实物。关键词 单片机，多功能，热电偶，冷端补偿目 录
1引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文工作的主要任务 2
1.4 设计要求 3
2系统原理概述 4
2.1 热电偶测温基本原理 4
2.2 热电偶的结构形式分类 5
2.3 K型、T型、J型热电偶概述 6
2.4 MAX6675功能介绍 8
2.5 单片机的选用与功能结构 10
2.6 单片机的SPI的实现 11
3热电偶冷端补偿方案确定 12
3.1分立元器件冷端抵偿方案 13
3.2 集成电路温度补偿方案 13
3.3 方案确定 13
4系统的总体方案设计 13
4.1 硬件组成原理 13
5硬件电路详细设计 14
5.1 温度采集电路 14
5.2 LCD显示电路 14
5.3 单片机控制电路 15
5.4 蜂鸣器报警电路 17
5.5 按键控制 18
6软件设计 18
6.1 K型热电偶测量温度 18
6.2 T型热电偶测量温度 19
6.3 J型热电偶测量温度 20
7系统整体调试 21
7.1 系统的Proteus仿真调试 21
7.2 系统的电路板实物调试 22
结 论 24
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17
5.5 按键控制 18
6软件设计 18
6.1 K型热电偶测量温度 18
6.2 T型热电偶测量温度 19
6.3 J型热电偶测量温度 20
7系统整体调试 21
7.1 系统的Proteus仿真调试 21
7.2 系统的电路板实物调试 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26 附录A 电路原理图 27 附录B 源程序代码 28
附录C K型、T型、J型热电偶分度表 36
附录D PCB图 38
引言
课题背景
在现代检测技术中，温度测试成为相对来说比较重要的模块，温度测试在节省资源、提升产品的质量、安全生产产品等领域有着很重要的作用。所以，各个国家非常关注及时、精确的测量温度的科学技术。因为社会科学技术的发展，人们对于温度的要求也越来越高，所以多功能温度测量仪的问世也就天经地义了[1]。
在上世纪70年代初期，多功能温度测量仪被人们发明出来了，微处理器技术的发展、测量控制系统的发展，使得人们大大提高了对传感器的使用要求，比如传感器测温的准确度、稳定性能、可靠性能,除此之外，还有对数据的分析、处理能力，而且还能够自我检测、自我校正、自我的补偿能力。以前的传感器满足不了现在科学技术的要求。除此之外，人们改良了传感器的制作材料、生产工艺，但是，这仍然提高不了传感器的性能。经过了多方面的研究，发明了使用温度传感器和微机技术的相互结合，使性能得到了大大地提高。多功能温度测量仪也就产生了。多功能温度测量仪是指带有微处理器以及对于信息的检测、信号的处理能力、信息的记忆能力、信息的判断能力和信息的逻辑思维能力的测量温度的系统[2]。
温度是一个基本物理量,是用来确定物质状况的重要参数之一。它存在于社会和自然界中的每一个角落,比如,人体的体温,白天和夜晚的平均气温,锅炉的温度等等,可以这么说,几乎自然界中所有的物理化学过程都与温度息息相关。不管是在日常生产生活中,还是工农业的控制过程中,对于它们温度都是至关重要的,属于多种被控对象中的一种,对温度的正确测量和对温度有效的控制,这些对人们的生活和发展有着很大的影响。随着现代科学技术的不停地发展与进步,对于温度的测量的规模、精度等的要求也越来越高。在测量温度时,要求测量准确,而且还需要能够更直观方便地读取数值;在温度控制方面,由过去的单点测量向多点测量方向发展。温度传感器是测量温度的系统中的重要器件之一,在工农业的方面有着广泛的应用[3]。
国内外研究现状
随着各个国家的工农业的不断发展，对于测量温度的科学技术也得到了进步。在现在，用于检测温度的温度计有许多种类，它们的使用领域也比较普遍。
对于温度的检测与计算的历史很久远。公元壹陆零零年,伽利略研究并制作出了用于测量气体的温度计。
在这之后的一百年，用于测量酒精和水银的温度计也被研制出来。到了壹捌贰壹年,德国物理学家赛贝研制出了用热电偶测量温度的传感器,这意味着人们第一次把温度转换为了电信号。之后,随着社会科学技术的急速发展，各种各样的温度传感器被人类研究制作了出来。本世纪,因为半导体技术的发展下,使用半导体作为原料的热电偶传感器、集成温度传感器，另有PN结温度传感器被人们研制出来。和它相对应的是基于人类研制出基于红外线的传感器、基于微波的传感器以及声学温度传感器。
当然，种种类型的热电偶都有自身的不足之处。热电偶的温度传感器性能与很多因素无关，例如，制作热电偶的材料的粗细不决定热电偶的灵敏度，即使我们用比较细小的材料也可以制作用于测量温度的传感器。基于使用局域比较好的延伸性的金属材料，即使是这种细小的测量温度的元件的响应速度也很高，它可以测量响应快、速度变化的过程。但是热电偶传感器的灵敏度相对于其他的传感器而言比较低,它很容易受到外界环境信号的干扰,前置放大器的温度漂移对热电偶传感器有着比较大的影响,对于比较细小的温度变化，热电偶传感器不适合测量。
数字式集成温度传感器的另外一种名称叫作IC温度传感器,它的外观比较小 ,携带与安装比较方便，所以它在企业的生产与实践中使用的范围比较大，对我们的生活与学习有着很大的影响。IC温度传感器分为数字输出以及模拟输出这两种类型,最主要的特点之一是将温度传感模块和信号的处理电路同时集成在一个芯片上。
论文工作的主要任务
本论文的选题恰是基于Proteus进行单片机系统的虚拟开拓的,在Proteus环境下完成基于热电偶的多功能温度测量系统的仿真设计。该设计能够方便快捷地实现多功能温度的测量和显示、按键控制以及上下限报警等诸多功能。为了很好地解决我们在日常生产生活和工农业的控制等相关的领域中遇到的一些测量温度的困难，对于本课题的设计是有必要的，采用热电偶来测量温度有着广阔的发展前景。
我们通常采用具有测量温度范围大以及测量温度准确度比较高的热电偶来用于测量温度，测量温度的元件对企业产品的生产过程来进行控制。工厂在生产产品时使用最普遍的是K型热电偶，K型热电偶有着许多的优点，比如输出的热电动势比较大；价钱低；温度与热电动势呈线性比例；稳态性能好；测量的温度高并且可以长期在一千摄氏度下使用、复制性能也比较好等。固然，用热电偶测量温度有不足之处，在单片机的相嵌的系统范围中时，温度和热电偶输出的热电动势是非线性的，在产业应用时还必须使它转化为线性化。其次，因为在现实的生产中，冷端温度是随着外界环境的影响而变化的，而热电偶的输出的热电动势是测量端的值与冷端保持为零摄氏度的电动势之差，所以我们必须进行冷端温度的补偿。因为嵌入式系统的接口必须是数字化，以及输出必须是数字式输出，热电偶的模拟信号小的测温元件热电偶没有办法满足。所以，温度还需要从模拟信号转换为数字信号来输出，在很多的测量温度实验中,都会遇到热电偶的冷端温度的难题。我们采取相对简单的方法，从而使电路变得更加简单,资本减少,增大了系统的可靠性。对于设计软件的调试方面，是相对比较容易实现的，但是如果对硬件电路进行测试与系统的调试是比较有难度的,所以我们要完成电路板的制作和焊接好元器件之后，才能实现这俩个过程功能。对于制作设计好的电
1引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文工作的主要任务 2
1.4 设计要求 3
2系统原理概述 4
2.1 热电偶测温基本原理 4
2.2 热电偶的结构形式分类 5
2.3 K型、T型、J型热电偶概述 6
2.4 MAX6675功能介绍 8
2.5 单片机的选用与功能结构 10
2.6 单片机的SPI的实现 11
3热电偶冷端补偿方案确定 12
3.1分立元器件冷端抵偿方案 13
3.2 集成电路温度补偿方案 13
3.3 方案确定 13
4系统的总体方案设计 13
4.1 硬件组成原理 13
5硬件电路详细设计 14
5.1 温度采集电路 14
5.2 LCD显示电路 14
5.3 单片机控制电路 15
5.4 蜂鸣器报警电路 17
5.5 按键控制 18
6软件设计 18
6.1 K型热电偶测量温度 18
6.2 T型热电偶测量温度 19
6.3 J型热电偶测量温度 20
7系统整体调试 21
7.1 系统的Proteus仿真调试 21
7.2 系统的电路板实物调试 22
结 论 24
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
17
5.5 按键控制 18
6软件设计 18
6.1 K型热电偶测量温度 18
6.2 T型热电偶测量温度 19
6.3 J型热电偶测量温度 20
7系统整体调试 21
7.1 系统的Proteus仿真调试 21
7.2 系统的电路板实物调试 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26 附录A 电路原理图 27 附录B 源程序代码 28
附录C K型、T型、J型热电偶分度表 36
附录D PCB图 38
引言
课题背景
在现代检测技术中，温度测试成为相对来说比较重要的模块，温度测试在节省资源、提升产品的质量、安全生产产品等领域有着很重要的作用。所以，各个国家非常关注及时、精确的测量温度的科学技术。因为社会科学技术的发展，人们对于温度的要求也越来越高，所以多功能温度测量仪的问世也就天经地义了[1]。
在上世纪70年代初期，多功能温度测量仪被人们发明出来了，微处理器技术的发展、测量控制系统的发展，使得人们大大提高了对传感器的使用要求，比如传感器测温的准确度、稳定性能、可靠性能,除此之外，还有对数据的分析、处理能力，而且还能够自我检测、自我校正、自我的补偿能力。以前的传感器满足不了现在科学技术的要求。除此之外，人们改良了传感器的制作材料、生产工艺，但是，这仍然提高不了传感器的性能。经过了多方面的研究，发明了使用温度传感器和微机技术的相互结合，使性能得到了大大地提高。多功能温度测量仪也就产生了。多功能温度测量仪是指带有微处理器以及对于信息的检测、信号的处理能力、信息的记忆能力、信息的判断能力和信息的逻辑思维能力的测量温度的系统[2]。
温度是一个基本物理量,是用来确定物质状况的重要参数之一。它存在于社会和自然界中的每一个角落,比如,人体的体温,白天和夜晚的平均气温,锅炉的温度等等,可以这么说,几乎自然界中所有的物理化学过程都与温度息息相关。不管是在日常生产生活中,还是工农业的控制过程中,对于它们温度都是至关重要的,属于多种被控对象中的一种,对温度的正确测量和对温度有效的控制,这些对人们的生活和发展有着很大的影响。随着现代科学技术的不停地发展与进步,对于温度的测量的规模、精度等的要求也越来越高。在测量温度时,要求测量准确,而且还需要能够更直观方便地读取数值;在温度控制方面,由过去的单点测量向多点测量方向发展。温度传感器是测量温度的系统中的重要器件之一,在工农业的方面有着广泛的应用[3]。
国内外研究现状
随着各个国家的工农业的不断发展，对于测量温度的科学技术也得到了进步。在现在，用于检测温度的温度计有许多种类，它们的使用领域也比较普遍。
对于温度的检测与计算的历史很久远。公元壹陆零零年,伽利略研究并制作出了用于测量气体的温度计。
在这之后的一百年，用于测量酒精和水银的温度计也被研制出来。到了壹捌贰壹年,德国物理学家赛贝研制出了用热电偶测量温度的传感器,这意味着人们第一次把温度转换为了电信号。之后,随着社会科学技术的急速发展，各种各样的温度传感器被人类研究制作了出来。本世纪,因为半导体技术的发展下,使用半导体作为原料的热电偶传感器、集成温度传感器，另有PN结温度传感器被人们研制出来。和它相对应的是基于人类研制出基于红外线的传感器、基于微波的传感器以及声学温度传感器。
当然，种种类型的热电偶都有自身的不足之处。热电偶的温度传感器性能与很多因素无关，例如，制作热电偶的材料的粗细不决定热电偶的灵敏度，即使我们用比较细小的材料也可以制作用于测量温度的传感器。基于使用局域比较好的延伸性的金属材料，即使是这种细小的测量温度的元件的响应速度也很高，它可以测量响应快、速度变化的过程。但是热电偶传感器的灵敏度相对于其他的传感器而言比较低,它很容易受到外界环境信号的干扰,前置放大器的温度漂移对热电偶传感器有着比较大的影响,对于比较细小的温度变化，热电偶传感器不适合测量。
数字式集成温度传感器的另外一种名称叫作IC温度传感器,它的外观比较小 ,携带与安装比较方便，所以它在企业的生产与实践中使用的范围比较大，对我们的生活与学习有着很大的影响。IC温度传感器分为数字输出以及模拟输出这两种类型,最主要的特点之一是将温度传感模块和信号的处理电路同时集成在一个芯片上。
论文工作的主要任务
本论文的选题恰是基于Proteus进行单片机系统的虚拟开拓的,在Proteus环境下完成基于热电偶的多功能温度测量系统的仿真设计。该设计能够方便快捷地实现多功能温度的测量和显示、按键控制以及上下限报警等诸多功能。为了很好地解决我们在日常生产生活和工农业的控制等相关的领域中遇到的一些测量温度的困难，对于本课题的设计是有必要的，采用热电偶来测量温度有着广阔的发展前景。
我们通常采用具有测量温度范围大以及测量温度准确度比较高的热电偶来用于测量温度，测量温度的元件对企业产品的生产过程来进行控制。工厂在生产产品时使用最普遍的是K型热电偶，K型热电偶有着许多的优点，比如输出的热电动势比较大；价钱低；温度与热电动势呈线性比例；稳态性能好；测量的温度高并且可以长期在一千摄氏度下使用、复制性能也比较好等。固然，用热电偶测量温度有不足之处，在单片机的相嵌的系统范围中时，温度和热电偶输出的热电动势是非线性的，在产业应用时还必须使它转化为线性化。其次，因为在现实的生产中，冷端温度是随着外界环境的影响而变化的，而热电偶的输出的热电动势是测量端的值与冷端保持为零摄氏度的电动势之差，所以我们必须进行冷端温度的补偿。因为嵌入式系统的接口必须是数字化，以及输出必须是数字式输出，热电偶的模拟信号小的测温元件热电偶没有办法满足。所以，温度还需要从模拟信号转换为数字信号来输出，在很多的测量温度实验中,都会遇到热电偶的冷端温度的难题。我们采取相对简单的方法，从而使电路变得更加简单,资本减少,增大了系统的可靠性。对于设计软件的调试方面，是相对比较容易实现的，但是如果对硬件电路进行测试与系统的调试是比较有难度的,所以我们要完成电路板的制作和焊接好元器件之后，才能实现这俩个过程功能。对于制作设计好的电
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