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正文內(nèi)容

熱電偶測溫系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計說明書(編輯修改稿)

2024-10-01 10:14 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 成,即所謂“軟件校正法” 。 所謂“硬件校正法”即采用的是非線性校正裝置。 由 此可見,放大電路的必要性,此系統(tǒng)中溫度測量及放大電路如圖21 所示,電路中 A A A3 運放組成同相輸入并串差動放大器(儀用放大器),放大倍數(shù)為 57243 )1( RRR RRApu??? ( 21) 其中 101010057 ??RR,適當(dāng)調(diào)整 Rp2 ,可使放大倍數(shù) Au=100。 C1C2Rp1100KR1100KR210KR5100KR3100KR410KR6100KR7100KR8100KRp2+U1LM339+U2LM339+U3LM339GNDCH112t熱電偶 圖 21 溫度測量及放大電路 傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計說明書 12 冷端 溫度 補償電路 根據(jù)國際溫標規(guī)定,熱電偶的分度表是以 To=0oC 作為基準進行分度的,而在實際使用過程中,自由端溫度 To 往往不能維持在 0oC,那么工作溫度為 T 時在分度表中所對應(yīng)的熱電勢 EAB(T, 0)與熱電偶實際輸出的電勢值 EAB(T, T0)之間的誤差為 EAB(T, 0) EAB(T, T0) = EAB(T0, 0)。由此可見,差值 EAB(T0, 0)是自由端溫度 To 的函數(shù),因此需要對熱電偶自由端溫度進行處理。 而 且 在工程測溫中,冷端溫度常隨環(huán)境溫度的變化而變化,將引入測量誤差, 故 對冷端進行處理和補償十分必要。 冷端溫度補償有多種方法,如 0℃ 恒溫法(冰點槽法)、冷端溫度修正法及冷端溫度自動補償法、 AD590 冷端溫度補償法等,該 系統(tǒng)設(shè)計利用集成溫度傳感器 AD590 作為冷端補償元件。如圖 22 所示。 AD590 的主要特點: (1)線性電流輸出: 1μ A/K,正比于絕對溫度; (2)測量溫度范圍寬: 55~ +150℃; (3)精度高:激光校準精度到177。 5℃( AD590M); (4)線性好:滿量程范圍177。 ℃( AD590M); (5)電壓電源范圍寬: +4~ +30V。 圖中, AD590 只需單電源工作,抗干擾能力強,要求的功率很低。 AD590輸出電流與絕對溫度成正比( 1μ A /K) , 它相當(dāng)于一個溫度系數(shù)為 1μ A /K的高阻恒流源 。 因此在室溫 25℃ 時,其輸出電流 I=( 273+25) =298μA ,即輸出電流為 ATATTKAI CKK ??? )2 7 3()()/1( ???? (22) 又因為 R9=10K,故 VTKATU CC )100/(10)273(1 ????? ? (23) 由于一般電源供應(yīng) 較 多器件之后,電源是帶雜 波的,因此我們使用齊傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計說明書 13 納二極管作為穩(wěn)壓元件,再利用可變電阻分壓, 將 輸出電壓 U2 調(diào)整至 。 放大器輸出電壓 Uo 為 )(10)( 211718 VTUURRUo C???? (24) 如果現(xiàn)在為攝氏 28℃ , 則 輸出電壓為 ,輸出電壓 ( CH0) 接 A/D轉(zhuǎn)換器 的輸入通道 ,那么 A/D 轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系 , 方便后續(xù)的計算與處理。 圖 22 冷端 補償電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 TLC0832 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 模數(shù)轉(zhuǎn)換器,有兩個可多路選擇的輸入通道,與單片機或控制器通過三線接口連線,性能比較高。 10KR910KR1710KR19+U4LM339AD590+12VCH010KR1150KR12GNDR10D+6VGND100KR20GND100KR18U2U1I傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計說明書 14 TLC0832 芯片具有以下特點: ( 1) 8 位分辨率; ( 2) 5V單電源供電,基準電壓為 5V; ( 3)輸入模擬信號電壓范圍為 0~5V; ( 4)輸入和輸 出電平與 TTL 和 COMS 兼容;; ( 5)可直接和微處理器接口或獨立使用 ; ( 6) 在 串行時鐘為 250KHz 時,轉(zhuǎn)換時間為 32μ s,總非調(diào)整誤差為177。 1LSB,使用十分方便; ( 7)有兩個可多路選擇的模擬輸入通道。 TLC0832DIP 封裝的引腳分配圖如下圖 23 所示: 圖 23 TLC0832DIP 封裝的引腳分配圖 各引腳說明如下: CS 為片選端,低電平有效; CH0, CH1 為模擬信號輸入端; DI 為多路器地址選擇輸入端; DO 為模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端;CLK 為串行時鐘輸入 端; GND 為電源地; VCC/REF 為正電源端和基準電壓輸入端。 當(dāng) CS 為低電平時,啟動 A/D 轉(zhuǎn)換,在整個轉(zhuǎn)換過程中 CS 必須始終為低電平,連續(xù)輸入 10 個脈沖完成一次轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)從第 2 個時鐘開始輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)束后應(yīng)將 CS 置為高電平,當(dāng) CS 重新拉低時將開始新的一次轉(zhuǎn)換。 傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計說明書 15 TLC0832 通過串行接口與 CPU 相連來傳送控制命令,可用軟件對通道和輸入端進行選 擇和配置。轉(zhuǎn)換開始后,器件從 CPU 接收時鐘,在 一個時鐘的時間間隔 前導(dǎo)下,以保證輸入 多路器穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)換過程中,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)同時從 DO 端輸出,并以最高位( MSB)開頭。在經(jīng)過 8個時鐘后,轉(zhuǎn)換完成, 當(dāng) CS 變高 時 ,內(nèi)部所 有寄存器清零,此時,輸出電路變?yōu)楦咦钁B(tài) 。DI 和 DO 端可以連在一起,通過一根線連到處理器的一個雙向 I/O 口進行控制。 TLC0832 的地址是通過 DI 端移入來選擇模擬輸入通道,同時也決定輸入是單端還是差分輸入。 在本設(shè)計中, TLC0832 的連接電路如圖 24所示, 連接 CS 端,由 提供串行時鐘, DO 和 DI 由 控制, CH0 為與 AD590 測得的溫度成比例的電壓信號, CH1 為與熱電偶測得的電勢成比例的電壓信號。 圖 24 TLC0832部分電路 單片機控制的顯示電路 AT89C2051 是 ATMEL公司生產(chǎn)的帶 2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器 (EEPROM)的 8 位單片機 ,它具有如下主要特性: (1)與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ; (2)2K 字節(jié)可重編程閃速存儲器 /CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC/REF8U9TLC0832CH0CH1+5VGND傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計說明書 16 (3)耐久性: 1000 寫/擦除 周期; ~ 6V的工作電壓范圍 (4)全靜態(tài)操作: 0Hz~ 24MHz; 兩級加密程序存儲器 (5)128 8 位內(nèi)部 RAM ; 15 根可編程 I/O 引線 (6)兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ; 六個中斷源 (7)可編程串行 UART 通道 ; 可直接驅(qū)動 LED 的輸出端口 (8)內(nèi)置一個模擬比較器 ; 低功耗空閑和掉電方式 。 AT89C2051 的引腳圖如圖 25 所示 圖 25 AT89C2051的引腳圖 AT89C2051 芯片的 20 個引腳功能說明如下 :Vcc 為電源電壓; GND為電源地; XTAL1 和 XTAL2 為晶振接入腳; RST 為復(fù)位輸入腳,當(dāng)振蕩器正在工作時 ,持續(xù)給出 RST 引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位; P1 口是 8 位雙向 I/O 口??谝_ ~ 提供內(nèi)部上拉電阻。 和 要求外部上拉電阻。 P3 口的 ~ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向 I/0 引腳。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它 作為 一通用 I/O 引腳而不可訪問。 P3 口 還可以用于第二功能,此時 作為 RXD(串行口輸入端), 作為 TXD(串行口輸出端) 。 傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計說明書 17 單片機的連接如圖 26 所示,采用上電和手動復(fù)位,晶振為 12MHZ。控制 A/D 轉(zhuǎn)換器的方式如上所述,通過串口 ( RXD)、 ( TXD)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送,進而顯示溫度。 圖 26 AT89C2051 的連接圖 單片機 AT89C2051 控制的顯示電路如圖 27 所示 。 圖中,單片機 工作于串口方式 0(也稱同步移位寄存器方式) , 此時同步脈沖從 TXD 引腳上輸出,數(shù)據(jù)從 RXD 引 腳發(fā)送, 外 擴個 4 個74LS164, 連接 4 個數(shù)碼管,通過串口可以
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