【正文】 雖然設(shè)計(jì)出來(lái)的東西沒(méi)能達(dá)到自己心目中的效果，但我認(rèn)為無(wú)論做什 么事情，重要的不是結(jié)果，而是完成事情的過(guò)程。 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 致 謝 在設(shè)計(jì)時(shí)，我也遇到許多令人不忍直視問(wèn)題。老師說(shuō)不僅僅是數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，而是數(shù)碼管只能顯示出溫度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄溫度，可以考慮用顯示屏。 4 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件工作流程首先要對(duì)所用芯片進(jìn)行初始化處理，處理之后開(kāi)始進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，采集之后再使用 MAX6675 芯片對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換、冷端補(bǔ)償、內(nèi)部校正工作；然后將轉(zhuǎn)換后得到的 16 位數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理可提取出 12 位有效溫度數(shù)字量，最后把轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)據(jù)送給單片機(jī) ，單片機(jī)把數(shù)據(jù)送給 LCD1602，這樣就可以在上面呈現(xiàn)出來(lái)測(cè)量的溫度；定時(shí)器 1S 中斷一次記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)沒(méi)有任何一 個(gè)鍵按下時(shí)，芯片 74LS30 輸出電平為 0，然后經(jīng)過(guò)芯片 74LS04 的一個(gè)非門(mén)后，輸出為 1，控制器這時(shí)是不會(huì)響應(yīng)該中斷請(qǐng)求的。如果不全基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 為 1，則有鍵閉合，否則無(wú)鍵按下。 芯片 74LS30 是 14 引腳的 8 輸入與非門(mén)，和 74LS04 芯片一樣其中的兩個(gè)引腳第 14引腳接電源和第 7 引腳接地， 1~ 11 和 12 引腳是 8 個(gè)輸入端分別連接在控制器的 P2口和鍵盤(pán)行列線之間。 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 一、鍵盤(pán)的兩大分類(lèi)： 二、跟據(jù)網(wǎng)上和所學(xué)課本查的資料資料我了解到非編碼鍵盤(pán)可以分為： 。相同的，按鍵復(fù)位電路中也是用到了電容值為經(jīng)典的 10uF 電解電容通過(guò)復(fù)位引腳端 RST 與 +5V 電源連接、和一個(gè)值為 2K 歐姆的電阻以及一個(gè)最為重要的、不可缺少的按鍵來(lái)共同構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作的。 圖 362 熱電偶和 MAX6675 連接電路 圖中可以看出，熱電偶與集成芯片 MAX6675 的連接非常簡(jiǎn)單，具體的連接方式在介紹芯片時(shí)已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，這里就省略不寫(xiě)了。本系統(tǒng)是利用 AT89S51 單片機(jī)來(lái)控制帶有冷端補(bǔ)償?shù)?MAX6675 溫度轉(zhuǎn)換芯片。 除此之外，當(dāng)我們使用芯片6675MAX的時(shí)候，還需要注意的事情就是，熱電偶負(fù)極接入端口必須接地，而且接地端口還要盡一切可能的靠近芯片的接地引腳 【 4】 。如圖 333 就是芯片串行口測(cè)量的溫度輸出格式。就 K 型熱電偶而言，電壓的變化率是每攝氏度四十一微伏特，電壓輸出公式可用下面的式子來(lái)近似表示： ? ? ? ?AMBRout ttCuVV ???? /41 (331) 式子中： Rt表示測(cè)量點(diǎn)的溫度， AMBt表示周?chē)沫h(huán)境溫度。 當(dāng)我們操作 K 型熱電偶時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它不但有著很好的線性關(guān)系 【 11】 、測(cè)量出來(lái)的電動(dòng)勢(shì)也并不微弱、平均每單元需要被測(cè)物質(zhì)一旦變化就會(huì)在很大程度上影響響應(yīng)量等特點(diǎn)，而且使用起來(lái)一般不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)的情況。 （ 3）如果非得選用一種響應(yīng)時(shí)間又快，可持續(xù)使用的時(shí) 間也有一定的延長(zhǎng)的話，一般來(lái)講熱電偶都是普遍選用鎧裝方式的熱電偶。C 之間，而且對(duì)于測(cè)量溫度時(shí)的精度要求相對(duì)來(lái)說(shuō)也是非常的高時(shí)，普遍來(lái)講熱電偶都是選用的型號(hào)為 B 型的熱電偶； （ 2）當(dāng)測(cè)量的溫度所在范圍是在超過(guò)了 1800176。實(shí)際上冷端的溫度不會(huì)一直都是恒定的，而是時(shí)刻都在變化的。若再將熱電偶冷端的溫度保持在一個(gè)穩(wěn)定不變的值時(shí)，熱電偶的熱電勢(shì)就只和工作端溫度呈現(xiàn)出單值函數(shù)的關(guān)系。 圖 321 熱電偶工作原理 一八二一年，賽貝克做出來(lái)了一個(gè)非開(kāi)放的閉合回路利用不同材質(zhì)的金屬，當(dāng)他對(duì)其中一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加熱后，這時(shí)，他覺(jué)察到指南針竟然轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分為片內(nèi)和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該方案所涉 及的主要組成電路部分包括 K 型熱電偶、溫度補(bǔ)償轉(zhuǎn)換電路、4X4 矩陣鍵盤(pán)電路及 LCD1602 顯示電路等。當(dāng)?? ?? TtT ?，且??tT|t=0 0?解上式得 ? ? ? ???? /0 teTTTtT ???? ， t0 （ 23） ? ? ?? TT TT ??? tlnt 0， t0 （ 24） 當(dāng)時(shí) ??t，? ?? ? ? ?00 TTTtT ??? ?，熱時(shí)間常數(shù)可表達(dá)為：把傳感器放入穩(wěn)定介質(zhì)，傳感器溫度由 0 變成和介質(zhì)溫度相同與傳感器初始溫度之差的 %用的時(shí)間。這時(shí)候就需要時(shí)間和溫度的同時(shí)出現(xiàn)在我們的眼界內(nèi)才能完成我們想要的結(jié)果。 測(cè)量時(shí)不用考慮在外面接電源的問(wèn)題，因?yàn)樗芍苯域?qū)動(dòng)動(dòng)圈式儀表等優(yōu)點(diǎn)的 K 型熱電偶成為應(yīng)用最廣泛的熱電偶元件。在一些對(duì)溫度要求不是非常嚴(yán)格的的時(shí)候用溫度傳感器還是行得通的。本系統(tǒng)，主要介紹了復(fù)位電路、晶振電路、 DS1302時(shí)鐘電路、 MAX6675 熱電偶溫度采集和轉(zhuǎn)換電路以及 LCD1602 液晶顯示電路。 二、基本要求： 選定一款熱電偶溫度傳感器，產(chǎn)品的測(cè)溫范圍就是溫度記錄范圍； 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量算法； 設(shè)計(jì)相關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)框圖； 設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的硬件電路； 設(shè)計(jì)單片機(jī)軟件流程圖和程序； 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài) 溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 三、主要參考資料： 路立平等，溫度傳感器的熱時(shí)間常數(shù)及其測(cè)試方法，《儀表技術(shù)與傳感器》 20xx年 7 期。 4X4 矩陣鍵盤(pán)輸入電路作為擴(kuò)展部分，可以對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)整。然而，在測(cè)量氣體溫度時(shí)，測(cè)量出來(lái)的溫度就會(huì)產(chǎn)生很大的偏差，主要就是響應(yīng)太慢了。但是當(dāng)熱電偶在集成芯片領(lǐng)域被用時(shí)，熱電偶卻存在著以下 3 個(gè)方面的問(wèn)題。要想顯示時(shí)間常用的方法有兩種，一是利用單片機(jī)時(shí)鐘進(jìn)行控制。每一種傳感器都有自己的熱時(shí)間常數(shù)，所以在測(cè)量動(dòng)態(tài)溫度時(shí)需要考慮用軟 件設(shè)計(jì)以達(dá)到動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量的準(zhǔn)確性。如圖 212 就是這個(gè)方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖。由于本次設(shè)計(jì)未涉及片外擴(kuò)展，所以，在基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 這里只介紹一下片內(nèi) 128 字節(jié) RAM 的相關(guān)情況，具體內(nèi)容在下面的表格里展現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)他再次同時(shí)加熱兩個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了放在回路中的指南針的偏轉(zhuǎn)角不僅不增大，反而向回轉(zhuǎn)。熱電偶溫度傳感器的制作和使用是基于 這一原理 【 1】 。因此要想得到真正想要的熱電勢(shì)就要解決有關(guān)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。C 之后，而且所需要測(cè)量的溫度對(duì)于所處于的氣體氛圍又可以接受，對(duì)于測(cè)量溫度時(shí)的精度要求也不是非常的 高的話，一般來(lái)講熱電偶首選的普遍都是鎢錸熱電偶； （ 3）當(dāng)測(cè)量的溫度所在范圍是在 1000176。 就 K 型熱電偶來(lái)講，據(jù)我所知，它是經(jīng)常和一些用來(lái)顯示記錄作用的儀表相互配合著來(lái)使用。除此之外它還同時(shí)擁有了使用起來(lái)一般不會(huì)是參差不均的情況等諸多可取點(diǎn)。 最后 ,通過(guò)串行數(shù)據(jù)輸出端口 SO 與單片機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 【 4】 。 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(biāo)志位，一般來(lái) 講，都是用低電平信號(hào) 0 來(lái)表示，第十四位到第三位是需要讀取的十二個(gè)有效溫度電壓數(shù)據(jù)位，第二位是斷偶檢測(cè)位，一般來(lái)說(shuō)，它常常是用低電平來(lái)表示，如果它變成了高電平 1，這就表示開(kāi)始進(jìn)入斷偶檢測(cè)操作 【 4】 。 芯片 1302DS簡(jiǎn)介 芯片 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 如圖 341 所展現(xiàn)出來(lái)的即為該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 （ 3）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不是僅僅進(jìn)行溫度的顯示，而是具有了在溫度顯示出來(lái)的同時(shí)顯示出該溫度測(cè)量出的時(shí)間的特點(diǎn)，當(dāng)前時(shí)間之所以能顯示出來(lái)，靠的是 DS1302 芯片控制 （ 4）除了上面所說(shuō)的外，本設(shè)計(jì)還可以通過(guò)鍵盤(pán)修改時(shí)間，使測(cè)量溫度與時(shí)間對(duì)應(yīng)起來(lái)，以達(dá)到本 設(shè)計(jì)的最初和最終目的。接下來(lái)我就講一下芯片與單片機(jī)的連接，從圖上也可以看到它與單片機(jī)之間只有三根線連在一起，這樣就可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的測(cè)量，接在單片機(jī) 端口的第 7 引腳 SO 是串行數(shù)據(jù)輸出引腳，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。 實(shí)時(shí)電路設(shè)計(jì) 本次時(shí)間的出現(xiàn)用的是使用最廣泛的也是非常非常經(jīng)典一種電路連接方式。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)需要的按鍵是 16 個(gè)，獨(dú)立式鍵盤(pán)被否定的主要原因 I/O 口占線問(wèn)題，取而代之的是矩陣式鍵盤(pán)。 這十六個(gè)鍵分別代表數(shù)字零到九，有兩個(gè)鍵用來(lái)做停止和恢復(fù)數(shù)據(jù)采樣，還有三個(gè)鍵用來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間，最后一個(gè)鍵用來(lái)做調(diào)用溫度。 。然而，只要有一個(gè)鍵按下啦， 8 輸入與非門(mén)芯片 74LS30的一個(gè)輸入端就會(huì)變成低電平，這時(shí)，芯片輸出的就是高電平，然后經(jīng)過(guò)芯片 74LS04的一個(gè)非門(mén)后，輸出為 0，就會(huì)向外部中斷 0 發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)該請(qǐng)求，然后掃描并識(shí)別出被按下的鍵盤(pán)，繼而跳轉(zhuǎn)到與該按鍵相對(duì)應(yīng)的鍵盤(pán)子程序地址，執(zhí)行相應(yīng)程序。與此同時(shí)，芯 DS1302用來(lái)顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)溫度的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)時(shí)間，接下來(lái)，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)會(huì)利用分時(shí)復(fù)用的方法基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 把時(shí)間 LCD1602 顯示屏上顯示出來(lái)。最后，在老師的建議下，我開(kāi)始查看有關(guān)液晶顯示的模塊問(wèn)題，然后經(jīng)過(guò)和同伴們的探討，決定使用6021LCD作為顯示模塊的電路。這才發(fā)現(xiàn)原來(lái)自己已經(jīng)把以前學(xué)過(guò)的知識(shí)忘得差不多了，對(duì)自己很是無(wú)語(yǔ)。真的非常感謝室友們的諒解和同伴的幫助。在最后，我要對(duì)我的指導(dǎo)老師路立平老師表示感謝，謝謝您的指導(dǎo)和建議，它對(duì)我來(lái)說(shuō)有著非常重要的作用，也正因?yàn)橛辛四膸椭?，我才能順利完成本次論文的設(shè)計(jì)。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(gè)設(shè)計(jì)思路，最后在設(shè)計(jì)時(shí)就用了中斷掃描。在與老師的交流中才發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示模塊根本就忘了設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，整個(gè)系統(tǒng)完全就沒(méi)法顯示。本次設(shè)計(jì)因?yàn)榧纫鰜?lái)時(shí)間又要出來(lái)溫度，而數(shù)據(jù)又只能從 P0 口傳數(shù)，所以采用了分時(shí)復(fù)用的設(shè)計(jì)思想，巧妙地達(dá)到想要的效果。 鍵盤(pán)工作方式可以是 在這里主要結(jié)合上圖來(lái)介紹本次設(shè)計(jì)用到的中斷掃描方式。所有列線先被置為 0，讀行線狀態(tài)是否都為高電平（ 1）。圖片中 1引腳代表的是非門(mén)的輸入端，二為輸出端與單片機(jī)的外部中斷 0 引腳連接。 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(jī)的 引腳上、第六引腳接在單片機(jī)的 引腳上、第七引腳接在單片機(jī)的 引腳上， VCC2 接上直流 +5V 的電源電壓， VCC1 接兩節(jié)干電池。 基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 363 單片機(jī)時(shí)鐘與復(fù)位電路 圖中可以看出，本設(shè)計(jì)是由振 蕩頻率為 的晶振 【 9】 和 2 個(gè)一模一樣的容值為 30PF 的陶瓷電容相互配合共同完成了時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。具體連接方式由圖 362 展現(xiàn)出來(lái)。 （ 2） MAX6675 芯片與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信并不是常用的并行口，而是經(jīng)過(guò)串口進(jìn)行的。芯片6675MAX內(nèi)部修正后，可以把溫度和數(shù)字量對(duì)應(yīng)起來(lái)，用公式可以表達(dá)成： 4095/ MT ?? （ 332） 式子中用 T 來(lái)代表測(cè)量的溫度值； 用 M 來(lái)代表十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制后所表示的數(shù)字值。 芯片 6675MAX溫度測(cè)量 芯片是用串行口輸出測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)的。在將數(shù)據(jù)傳出去之前，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償處理。C 的高溫環(huán)境溫度范圍內(nèi)。 根據(jù)使用的環(huán)境來(lái)選擇 （ 1）當(dāng)所需要測(cè)量的溫度是處于強(qiáng)氧化性和弱還原型的氣體氛圍內(nèi)可以考慮使用 S型、 B 型、 K 型這三種類(lèi)型的熱電偶； （ 2）當(dāng)所需要測(cè)量的溫度是處于氧化性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較微弱，然而還原性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較的氣體氛圍內(nèi)可以考慮使用 J 型和 T 型這兩種類(lèi)型的熱電偶； （ 3）當(dāng) 所需要測(cè)量的溫度對(duì)于所處于的氣體氛圍之間有著非常非常好的保護(hù)作用，基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 那樣的話對(duì)于可以考慮使用的熱電偶的類(lèi)型，通常來(lái)講，就不會(huì)做太過(guò)嚴(yán)格的要求； 根據(jù)可持續(xù)使用的時(shí)間來(lái)選擇 （ 1）就關(guān)于熱電偶的使用來(lái)說(shuō)，它的可持續(xù)時(shí)間和響