【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行分度的，而在實(shí)際使用過(guò)程中，參考端溫度往往不為0℃，那么工作端溫度為t時(shí)，分度表所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)與熱電偶實(shí)際產(chǎn)生的熱電勢(shì)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式： （38）由此可見(jiàn)，是參考端溫度t0的函數(shù)，因此需要對(duì)熱電偶參考端溫度進(jìn)行處理?！　〕Ｓ玫难a(bǔ)償方法有[78]：冷端恒溫法；補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法；計(jì)算修正法；電橋補(bǔ)償（又稱(chēng)冷端補(bǔ)償器）法；顯示儀表零位調(diào)整法；軟件處理法。　熱電偶的結(jié)構(gòu)形式　　為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對(duì)象的測(cè)溫要求和條件、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。 　　普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多，它一般由熱電極、絕緣套管、保護(hù)管和接線(xiàn)盒組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖33所示。 圖33 普通結(jié)構(gòu)熱電偶　　鎧裝熱電偶又稱(chēng)套管熱電偶。它是由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，它可以做得很細(xì)很長(zhǎng)，使用中隨需要能任意彎曲。鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，機(jī)械強(qiáng)度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上，因此被廣泛用在許多工業(yè)部門(mén)中。其結(jié)構(gòu)圖如圖34所示。圖34 套管熱電偶結(jié)構(gòu)圖　　薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料，用真空蒸鍍、化學(xué)凃?qū)拥绒k法蒸鍍到絕緣基板上面制成的一種特殊熱電偶，薄膜熱電偶的熱接點(diǎn)可以做得很?。▇）, 具有熱容量小，反應(yīng)速度快等的特點(diǎn)，熱相應(yīng)時(shí)間達(dá)到微秒級(jí)，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量。其結(jié)構(gòu)圖如圖35所示。 圖35 薄膜熱電偶結(jié)構(gòu)圖　K型熱電偶概述　　K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。圖36 K型熱電偶　　鎳鉻偶（K）型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和?！??！　≌龢O（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=92：12，負(fù)極（KN）的名義化學(xué)成分為：Ni：Si=99：3，其使用溫度為200~1300℃?！　型熱電偶具有線(xiàn)性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶(hù)所采用?！　型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛.　K型熱電偶特點(diǎn)　　K型熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。必須配和二次儀表使用其優(yōu)點(diǎn)是：　?、贉y(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響?！　、跍y(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從50~+1600℃均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢錸）?！　、蹣?gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。　具有冷端補(bǔ)償?shù)臄?shù)字溫度轉(zhuǎn)換芯片MAX6675功能簡(jiǎn)介　　MAX6675是美國(guó)Maxin公司生產(chǎn)的基于SPI總線(xiàn)的專(zhuān)用芯片[9]，不僅能對(duì)K型熱電偶進(jìn)行冷端補(bǔ)償，還能對(duì)熱電勢(shì)信號(hào)作數(shù)字處理，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、儀器儀表、自動(dòng)化領(lǐng)域等。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖37所示。圖37 MAX6675內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖　單片機(jī)選擇及部分功能簡(jiǎn)介　　MCU是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，由于溫度測(cè)量系統(tǒng)的接口方便，綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)，選用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51型單片機(jī)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，其外觀引腳圖如下：圖311　AT89C51外觀引腳圖　　AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能[12]：4k字節(jié)的flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線(xiàn)，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式、空閑方式停止CPU工作，但允許RAM，定時(shí)/技術(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作指導(dǎo)下一個(gè)硬件復(fù)位。　　AT89C51共有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口，分別為P0~P3，共有32根口線(xiàn)，端口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。P0~P3的端口寄存器屬于特殊功能寄存器系列。這四個(gè)端口除了可以按字節(jié)尋址外還可以位尋址。其中P0口為漏極開(kāi)路作為輸出使用時(shí)應(yīng)外加上拉電阻，P3口既可以做為普通I/O口使用，還可以作為特定的功能引腳。雖然51單片機(jī)只有一個(gè)串口接口，但其I/O口既可以用字節(jié)尋址也可以位尋址，這樣在實(shí)際應(yīng)用中，我們就可以通過(guò)模擬不同總線(xiàn)的時(shí)序特征來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳輸。　　AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)功能強(qiáng)大的全雙工的一部通信串口。其串行口有四種工作方式：分別為同步通信方式、8位異步收發(fā)、9位異步收發(fā)（特定波特率）、9位異步收發(fā)（定時(shí)器控制波特率）。它有兩個(gè)物理上獨(dú)立接收發(fā)送緩沖器SBUF，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。波特率可由軟件設(shè)置片內(nèi)的定時(shí)器來(lái)控制，而且每當(dāng)串行口接收或發(fā)送1B完畢，均可發(fā)出中斷請(qǐng)求。 　AT89C51單片機(jī)的SPI實(shí)現(xiàn)　　串行外圍設(shè)備接口SPI（serial peripheral interface）總線(xiàn)技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口，Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口。SPI 用于CPU與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊。SPI可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù)。它只需四條線(xiàn)就可以完成MCU與各種外圍器件的通訊，這四條線(xiàn)是：串行時(shí)鐘線(xiàn)（CSK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)（MISO）、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)（MOSI）、低電平有效從機(jī)選擇線(xiàn)CS。當(dāng)SPI工作時(shí)，在移位寄存器中的數(shù)據(jù)逐位從輸出引腳（MOSI）輸出（高位在前），同時(shí)從輸入引腳（MISO）接收的數(shù)據(jù)逐位移到移位寄存器（高位在前）。發(fā)送一個(gè)字節(jié)后，從另一個(gè)外圍器件接收的字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)入移位寄存器中。主SPI的時(shí)鐘信號(hào)（SCK）使傳輸同步。其時(shí)序圖如下：圖312　SPI總線(xiàn)時(shí)序圖　　對(duì)于不帶SPI串行總線(xiàn)接口的AT89C51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，可以使用軟件來(lái)模擬SPI的操作[13]，包括串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。對(duì)于不同的串行接口外圍芯片，它們的時(shí)鐘時(shí)序是不同的。對(duì)于在SCK的上升沿輸入（接收）數(shù)據(jù)和在下降沿輸出（發(fā)送）數(shù)據(jù)的器件，（模擬MCU的SCK線(xiàn)）的初始狀態(tài)設(shè)置為1。這樣，MCU在輸出1位SCK時(shí)鐘的同時(shí)，將使接口芯片串行左移，（模擬MCU的MISO線(xiàn)），（模擬MCU的MOSI線(xiàn)）輸出1位數(shù)據(jù)（先為高位）至串行接口芯片。至此，模擬1位數(shù)據(jù)輸入輸出便宣告完成。，模擬下1位數(shù)據(jù)的輸入輸出，依此循環(huán)8次，即可完成1次通過(guò)SPI總線(xiàn)傳輸8位數(shù)據(jù)的操作。對(duì)于在SCK的下降沿輸入數(shù)據(jù)和上升沿輸出數(shù)據(jù)的器件，則應(yīng)取串行時(shí)鐘輸出的初始狀態(tài)為0，即在接口芯片允許時(shí)，以便外圍接口芯片輸出1位數(shù)據(jù)（MCU接收1位數(shù)據(jù)），之后再置時(shí)鐘為0，使外圍接口芯片接收1位據(jù)(MCU發(fā)送1位數(shù)據(jù))，從而完成1位數(shù)據(jù)的傳送?！÷吠嗳龖B(tài)雙向總線(xiàn)收發(fā)器74LS245　　74LS245是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng)led或者其他的設(shè)備，它是8路