【正文】 可持續(xù)時間和響應時間是不能同時得到保證的，可持續(xù)使用的時間越是長的話，它的響應就需要比較長的時間； （ 2）有一種熱電偶，它的熱容量是比較大的，那么它所需要的響應的時間就會比較長，當我們所需要測量的溫度變化比較大時，這種熱電偶對溫度進行控制就會非常差。測量物體不僅可以是氣體介質，也可以是固體以及液體蒸汽等。C 的高溫環(huán)境溫度范圍內。 芯片 MAX6675 簡介 芯片 MAX6675 的內部結構圖 我這次設計使用的是集成的 MAX6675 芯片，它是一種把 Serial Peripheral interface總線 【 7】 （串行外圍設備接口 SPI）作為串行傳輸的專用的集冷端補償和模擬電壓轉換數基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 15 字于一身的 超實用芯片。在將數據傳出去之前，還需要對數據進行補償處理。芯片6675在對測量的溫度進行補償時，把周圍的溫度通過內部的溫度檢測二極管轉化成需要的補償電壓，加到已經測量到的電壓上，電壓值再經過內部的模擬和數字轉基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 17 換器進行數字化處理 【 4】 ，從而可以得到熱端的溫度對應的電壓值。 芯片 6675MAX溫度測量 芯片是用串行口輸出測量到的溫度數據的。 串行輸出的具體經過是控制器先發(fā)出信號使芯片6675的片選端變成低電平選通 ，這樣就可以為 SCK 提供時鐘信號，測量出來的溫度電壓數據由端口 SO 讀取出來 【 4】 。芯片6675MAX內部修正后，可以把溫度和數字量對應起來，用公式可以表達成： 4095/ MT ?? （ 332） 式子中用 T 來代表測量的溫度值； 用 M 來代表十六進制數據轉換成十進制后所表示的數字值。 圖 351 芯片的實物圖 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 20 圖 352 引腳功能圖 表 351 基本操作表 系統(tǒng)硬件電路設計 本次設計的系統(tǒng)硬件電路部分主要由熱電偶和 MAX6675 溫度處理電路、 4X4 的矩陣鍵盤電路和 LCD1602 液晶顯示電路等組成。 （ 2） MAX6675 芯片與單片機之間的數據通信并不是常用的并行口，而是經過串口進行的。 電源電路設計 圖 361 電源電路設計 對電源電路這一部分的設計在當代的社會生活中已經有了很多樣式。具體連接方式由圖 362 展現出來。而電源和地之間接了一個值為 的陶瓷電容，這樣就可以減小電源噪聲對芯片測量準確度產生影響 【 4】 。 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 22 圖 363 單片機時鐘與復位電路 圖中可以看出，本設計是由振 蕩頻率為 的晶振 【 9】 和 2 個一模一樣的容值為 30PF 的陶瓷電容相互配合共同完成了時鐘電路的設計。 圖 364 時間顯示連接電路 圖中可以看出，時間的顯示靠的是非常經典的一種芯片 DS1302 來完成的。 接在 DS1302 的 X1 和 X2 引腳之間的晶振是 的晶振， DS1302 的第五引腳接在單片機的 引腳上、第六引腳接在單片機的 引腳上、第七引腳接在單片機的 引腳上， VCC2 接上直流 +5V 的電源電壓， VCC1 接兩節(jié)干電池。 44 矩陣鍵盤與單片機相連只需 8 條線（行連 接線數和列連接線數數目和）。圖片中 1引腳代表的是非門的輸入端，二為輸出端與單片機的外部中斷 0 引腳連接。 鍵盤最最常用的兩種 工作原理其中之一就是掃描法。所有列線先被置為 0，讀行線狀態(tài)是否都為高電平（ 1）。假設此時是鍵 3 被按下，當把第一列置為低，其余列均為高，此時第一列行線均為高；當把第二列置低，其余列均為高，發(fā)現第一行的行線仍未高；一直到把第四列置為低，其余列均為高時，會發(fā)現此時的行線變?yōu)榈?，由此就?以知道是鍵 3 按下。 鍵盤工作方式可以是 在這里主要結合上圖來介紹本次設計用到的中斷掃描方式。在這里主要介紹的是本次設計用到的液晶屏顯示。本次設計因為既要出來時間又要出來溫度，而數據又只能從 P0 口傳數，所以采用了分時復用的設計思想，巧妙地達到想要的效果。 主程序流程圖 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 28 中斷子程序流程圖 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 29 按鍵子程序流程圖 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 30 5 Proteus 仿真 仿真原理圖： 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 31 結束語 對我來言，這次的畢業(yè)設計可以說是有著非常非常重要的意義的，為了設計，我?guī)缀蹩梢哉f是把以前已經學過的知識從頭到尾都又看了一遍。在與老師的交流中才發(fā)現自己設計的數碼管顯示模塊根本就忘了設計驅動電路，整個系統(tǒng)完全就沒法顯示。這時，路老師提出了一個問題，把我問的瞬間說不出話來，路老師說，本次設計要求的是動態(tài)實時記錄的，你這樣的設計是無法體現出這一點的，可以考慮用別的方法來實現。在查找好資料后，我也是非常贊同，同樣也很感謝老師給出的這個設計思路，最后在設計時就用了中斷掃描。比如電路原理圖接法，真是幾乎不記得該怎么接了，沒辦法只得翻看單片機原理這本書。在最后，我要對我的指導老師路立平老師表示感謝，謝謝您的指導和建議，它對我來說有著非常重要的作用，也正因為有了您的幫助，我才能順利完成本次論文的設計。因為路老師并不是像別的老師一樣每次指導都只挑自己上課時間前后幾分鐘講解一下，路。真的非常感謝室友們的諒解和同伴的幫助?？偟膩碚f，這次的設計離不開老師的精心指導，認真負責的講解。這才發(fā)現原來自己已經把以前學過的知識忘得差不多了，對自己很是無語。 最后就來說說流程圖部分，老師在看過初稿后也給出了比較有用的建議。最后，在老師的建議下，我開始查看有關液晶顯示的模塊問題，然后經過和同伴們的探討，決定使用6021LCD作為顯示模塊的電路。 首先是溫度采集部分，本來我的打算是用模擬電路設計的，但是在設計過程中才發(fā)現熱電偶是需要冷端補償的，而跟據路立平老師提供的資料和我在網上查到的相關的東西來看，我發(fā)現溫度補償電路的設計實在是太過復雜了，而且設計后還不能夠有效的保證可以實現這一功能，后來，在書上找到了芯片 MAX6675，我感覺我的所有煩 惱全被它解決了，我的整個狀態(tài)都很好，甚至開始有些沾沾自喜。與此同時，芯 DS1302用來顯示實時動態(tài)溫度的數據的實時時間，接下來，本設計系統(tǒng)會利用分時復用的方法基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 27 把時間 LCD1602 顯示屏上顯示出來。 圖 366 顯示電路 圖中可以很清晰的看到此 次設計的電路具體連接方式。然而，只要有一個鍵按下啦， 8 輸入與非門芯片 74LS30的一個輸入端就會變成低電平，這時，芯片輸出的就是高電平，然后經過芯片 74LS04的一個非門后，輸出為 0，就會向外部中斷 0 發(fā)出中斷請求，單片機響應該請求，然后掃描并識別出被按下的鍵盤，繼而跳轉到與該按鍵相對應的鍵盤子程序地址，執(zhí)行相應程序。 （ 2）依次對各行線電平進行檢查，然后觀察電平是否由 1 變?yōu)?0，若是某一行線電平由 1 變?yōu)?0，這時我們就可以確定被按下的鍵就在這一行和這一列相互連接的地方。 。 在這里主要介紹本次設計用到的掃描法識別鍵盤的過程。 這十六個鍵分別代表數字零到九，有兩個鍵用來做停止和恢復數據采樣，還有三個鍵用來調節(jié)時間，最后一個鍵用來做調用溫度。 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 24 圖 365 鍵盤電路 圖中可以很清晰的看到此次設計的并不僅僅只有鍵盤，還包括 2 個常見的芯片74LS04 和 74LS30。 因為本次設計需要的按鍵是 16 個，獨立式鍵盤被否定的主要原因 I/O 口占線問題，取而代之的是矩陣式鍵盤。該芯片可以計算閏年，實現年份準確顯示。 實時電路設計 本次時間的出現用的是使用最廣泛的也是非常非常經典一種電路連接方式。 其中時鐘電路用的是單片機內部時鐘連接方式，復位電路用的是按鍵復位電路 【 9】 。接下來我就講一下芯片與單片機的連接，從圖上也可以看到它與單片機之間只有三根線連在一起，這樣就可以實現本設計對溫度的測量，接在單片機 端口的第 7 引腳 SO 是串行數據輸出引腳，實現數據傳輸功能。本設計并非如此，關于電源電路部分我是用的 USB 接口基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 21 來提供 DC5V 電源，設計簡單實用，省卻了許多繁雜的步驟，而且，價格也不貴，是很好用的一種設計方案。 （ 3）本系統(tǒng)設計并不是僅僅進行溫度的顯示，而是具有了在溫度顯示出來的同時顯示出該溫度測量出的時間的特點，當前時間之所以能顯示出來，靠的是 DS1302 芯片控制 （ 4）除了上面所說的外，本設計還可以通過鍵盤修改時間，使測量溫度與時間對應起來，以達到本 設計的最初和最終目的。 （ 1）熱電偶使用分度值為 K 型號的。 芯片 1302DS簡介 芯片 內部結構圖 如圖 341 所展現出來的即為該芯片的內部結構圖。十六個時鐘周期可以構成一組串行數據，讀取十六位輸出數據是在時鐘信號 sck 最后的一個下降沿。 圖 333 芯片6675MAX輸出格式 從圖中可以看出，芯片6675MAX輸出格式中的第一位和第十五位都是偽標志位，一般來 講，都是用低電平信號 0 來表示，第十四位到第三位是需要讀取的十二個有效溫度電壓數據位，第二位是斷偶檢測位，一般來說，它常常是用低電平來表示，如果它變成了高電平 1，這就表示開始進入斷偶檢測操作 【 4】 。 經過上面的講述，我們可以得出：為了可以盡量避免測量時出現的差錯，一定要對芯片周圍做好檢查，不可以在其周圍出現一些會發(fā)熱的元器件。 最后 ,通過串行數據輸出端口 SO 與單片機連接，進行數據傳輸 【 4】 。如圖所展現出來的就是內部結構圖。除此之外它還同時擁有了使用起來一般不會是參差不均的情況等諸多可取點。 ～ 是 K 型熱電偶絲常用直徑 【 10】 。 就 K 型熱電偶來講，據我所知，它是經常和一些用來顯示記錄作用的儀表相互配合著來使用。C 以下的話，一般來講熱電偶都是普遍選用的型號為 E 的熱電偶； （ 4）當測量的溫度所在范圍是在 250176。C 之后，而且所需要測量的溫度對于所處于的氣體氛圍又可以接受，對于測量溫度時的精度要求也不是非常的 高的話，一般來講熱電偶首選的普遍都是鎢錸熱電偶； （ 3）當測量的溫度所在范圍是在 1000176。 熱電偶選型 一般來說，對于一些特殊的熱電偶的選擇這個問題，可以從以下幾個方面來考慮。因此要想得到真正想要的熱電勢就要解決有關補償的問題。一九八八年一月一日我國所有熱電偶和熱電阻都按國際標準統(tǒng)一設計。熱電偶溫度傳感器的制作和使用是基于 這一原理 【 1】 。 當他將另一種金屬材料接入熱電偶回路中時，但一定保持接入的第三種金屬材料兩個接點的溫度是一模一樣的，那么熱電偶產生的熱電勢就會恒定不變，即第三種金屬接入回路不會對熱電偶所產生的熱電勢有所影響。當他再次同時加熱兩個結點時，他發(fā)現了放在回路中的指南針的偏轉角不僅不增大，反而向回轉。陰影部分為新增的 5 個 SFR。由于本次設計未涉及片外擴展，所以，在基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 10 這里只介紹一下片內 128 字節(jié) RAM 的相關情況，具體內容在下面的表格里展現出來。故本系統(tǒng)設計最后決定用方案二的設計思想。如圖 212 就是這個方案設計的系統(tǒng)框圖。如圖 211 所展示的就是這個方案設計的系統(tǒng)框圖。每一種傳感器都有自己的熱時間常數，所以在測量動態(tài)溫度時需要考慮用軟 件設計以達到動態(tài)溫度實時測量的準確性。 基于熱電偶溫度傳感器的動態(tài)溫度實時測量記錄系統(tǒng)設計 3 2 動態(tài)溫度測量記錄系統(tǒng)方案設計 我們都知道溫度傳感器都是有熱惰性的，為了實現對動態(tài)溫度的正確測量，需要研究溫度傳感器的熱時間常數。要想顯示時間常用的方法有兩種，一是利用單片機時鐘進行控制。當我們遇到冷端溫度補償這一必須要面對和解決的問題時 ,冰點補償法和電橋補償法這兩種方法都存在大的缺陷，幾乎不能實時實現溫度的測量、成本高等一系列問題經常會隨之產生。但是當熱電偶在集成芯片領域被用時，熱電偶卻存在著以下 3 個方面的問題。對微弱溫度變化的測量時，熱敏電阻是個不錯的選擇，但是有嚴重非線性誤差；所以，在對動態(tài)的實時的溫度進行測量時，常用溫度測量方法都會存在這樣那樣的問題，主要是測量精度的問題，從而出現一些我們都不喜歡的誤差。然而，在測量氣體溫度時，測量出來的溫度就會產生很大的偏差，主要就是響應太慢了。這是