【正文】 sh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器， 俗稱(chēng)單片機(jī) 。 %t/125～ 250 177。 ～ 125 177。 %t/375～ 750 177。 ～ 375 177。 %t/375～ 800 177。 ～ 375 177。 %t/375～ 1000 177。 ～ 375 177。 %t/600～ 1600 B / 177。 ～ 600 9 R 177。 表 3— 1 熱電偶誤差參數(shù) 熱電偶的允差（參考端為 0℃） 分度號(hào) 允差 /溫度范圍 （℃ ） Ⅰ級(jí) Ⅱ級(jí) S 177。鎢錸系熱電偶是一種較好的超高溫?zé)犭娕迹渥罡呤褂脺囟仁芙^緣材料的限制，一般可達(dá) 2400℃，在真空中用裸絲測(cè)量時(shí)可用到更高的溫度?？稍跉錃庵羞B續(xù)使用 100h，真空中使用 8h，性能穩(wěn)定在177。國(guó)產(chǎn)鎢錸 5 — 鎢錸 20 熱電偶使用溫度范圍為 300～ 2020℃精度達(dá)177。 EA 熱電偶靈敏度高，價(jià)格便宜，但測(cè)溫范圍窄而低。熱偶絲直徑為 ～ 2mm，鎳鉻為正極，錳白銅為負(fù)極。其復(fù)現(xiàn)性好，產(chǎn)生熱電 動(dòng)式大，線性好，價(jià)格便宜，是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種熱電偶。 — 鎳硅熱電偶 鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極，熱偶絲直徑為 ～ ，符號(hào)用 EU 表示。這種熱電偶可在 1300℃一下范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，短期可測(cè) 1600℃高溫。 8 圖 32 熱電偶使用圖 常用熱 電偶 10 — 鉑熱電偶 由直徑 5mm 的純鉑絲和相同直徑的鉑銠絲制成，用符號(hào) LB 表示。但補(bǔ)償導(dǎo)線 a、 b在 Tn到 T0 的溫度范圍內(nèi)，應(yīng)分別與貴金屬 A、 B具有相同的熱電特性。 熱電偶的使用 ，只需考慮兩端溫度值，而不必顧及其中間段的溫度。塞貝克系數(shù)的符號(hào)和 大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點(diǎn)的溫度差。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)△ V 很小時(shí)，△ V與△ T 成正比關(guān)系。當(dāng)回路斷開(kāi)時(shí)，在斷開(kāi)處 a， b 之間便有一電動(dòng)勢(shì)差△ V，其極性和大小與回路中的熱電勢(shì)一致，如圖 21(b)所示。 圖 31 熱電偶工作原理 圖 溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在 溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢(shì)，此電勢(shì)只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面大小、沿其長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)關(guān)。熱電偶的熱電勢(shì) EAB(T， T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。 與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè)：其一，當(dāng)有電流流過(guò)兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)，此處 7 便吸收或放出熱量 (取決于電流的方向 )，稱(chēng)為珀?duì)柼?yīng)；其二，當(dāng)有電流流過(guò)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量 (取決于電流相對(duì)于溫度梯度的方向 )，稱(chēng)為湯姆遜效應(yīng)。 熱電偶的工作原理 當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體 A和 B組成一個(gè)回路，其兩端相互連接時(shí)，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為 T，稱(chēng)為工作端或熱端，另一端溫度為 T0，稱(chēng)為自由端 (也稱(chēng)參考端 )或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，如圖 31 所示，即回路中存在的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電動(dòng)勢(shì)。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。智能溫度傳感器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一。 智能溫度傳感器（亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器）是在 20 世紀(jì) 90 年代中期問(wèn)世的。其主要特點(diǎn) 是功能單一、測(cè)量誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫，不需要警醒非線性校準(zhǔn)。 集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱(chēng)硅傳感器或單片集成傳感器。此類(lèi)傳感器通常要配溫度變送器，以獲得標(biāo)準(zhǔn)的迷你兩（電壓或電流）輸出信號(hào)。近百年來(lái)，傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）；模擬集成溫度傳感器 /控制器；智能溫度傳感器（即數(shù)字式溫度傳感器）。目前，溫度傳感器正向著單片集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片系統(tǒng)化的方向發(fā)展。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及熱電偶 信號(hào)轉(zhuǎn)換 AT89C51 單片機(jī) 紅外遙控電路 電源電路 LED 顯示 信號(hào)輸出電路 聲光報(bào)警 6 控制始終占據(jù)著重要位置。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以擴(kuò)展為根據(jù)礦井具體情況的不同來(lái)設(shè)置閾值、顯示保持時(shí)間 ,并通過(guò)特定的設(shè)計(jì)使此溫度傳感器能適應(yīng)于不同的礦井 ,滿足不同安全管理操作方便的需要。溫度傳感器的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,主要包括主程序、子程序和中斷服務(wù)程序 ,方便了程序的調(diào)試、連接和擴(kuò)展。對(duì)軟件來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡可能預(yù)防可能發(fā)生的故障，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，以利于程序的編制和調(diào)試，減少 故障率，提高軟件的可靠性。 圖 2— 1 礦用溫度傳感器系統(tǒng)框圖 礦用溫度傳感器經(jīng)過(guò)熱電偶將測(cè)得的溫度值通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換輸入到控制器（單片機(jī)）中，微控制器將采集到的溫度值處理，獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，送 LED 數(shù)碼管顯示，同時(shí)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，輸出給監(jiān)控系統(tǒng)的工作站，上傳給監(jiān)控主機(jī)。系統(tǒng)以單片微機(jī) AT89C51為中央處理單元，由溫 度傳感 元件 、 A/D 轉(zhuǎn)換電路 、數(shù)字顯示、聲光報(bào)警、等單元電路組成。一次設(shè)計(jì)往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個(gè)方面，系統(tǒng)需要不斷完善，需要進(jìn)行功能升級(jí)；并且，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到系統(tǒng)在以后應(yīng)用中擴(kuò)展的方便性。根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間越長(zhǎng)，而且所用芯片數(shù)量越少，地址數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性就越少，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在滿足功能的情況下力爭(zhēng)使用較少數(shù)量的芯片及線路 。本系統(tǒng)在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要從以下原則出發(fā) : 1．硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合優(yōu)化硬件電路。 硬件和軟件設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè)重要方面。在結(jié)構(gòu)上細(xì)致化、智能化、密切化，增加片內(nèi)功能，盡量減少外部接口芯片，提供與主機(jī)的接口，降低單片機(jī)的功耗，提高寬電源的適應(yīng)能力，增 加高噪聲容限，并具有更好的電磁兼容性。它打破了典型微型計(jì)算機(jī)技邏輯功能劃分芯片結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)概念，以其體積 小、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，單片機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平已逐漸成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。 Keil C51 標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了 C語(yǔ)言環(huán)境，兼容匯編語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)、調(diào)試、仿真于一體，是目前最有效、靈活的 8051 開(kāi)發(fā)平臺(tái)之一。所以，本論文全部采用匯編語(yǔ)言 來(lái)編寫(xiě)程序代碼。在現(xiàn)代編程中，用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)程序代碼的不多，但是在特定的場(chǎng)合，如我們開(kāi)發(fā)的礦用溫度傳感器，用匯編來(lái)寫(xiě)程序有其它高級(jí)語(yǔ)言不能替代的優(yōu)勢(shì)。早期在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，大多以匯編語(yǔ)言作為軟件工具，匯編程序能夠直接操作機(jī)器硬件，指令的執(zhí)行速度快。 ℃ (5)工作電壓： 12～ 24V (6)工作電流： 200mA (7)輸出信號(hào)：脈沖頻率 200～ 1000Hz (8)響應(yīng)時(shí)間： 10 秒 (9)工作條件：環(huán)境溫度： O～ 100℃ 1．相對(duì)濕度；≤ 95％ 2．大氣壓力： 80～ 106Kpa (1O)報(bào)警設(shè)置： 26℃，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置 (11)紅外線遙控：遙控距離 6m，傳感器零點(diǎn)調(diào)整、報(bào)警值的設(shè)定等 (2)軟件功能要求 (1)礦用溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集與控制； (2)軟件進(jìn)行傳感器頻率輸出信號(hào)； (3)溫度超限聲光報(bào)警； (4)配合遙控器設(shè)定報(bào)警溫度； (5)完成系統(tǒng)的集成控制。因此，整個(gè)傳感器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 的確定，要圍繞優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這個(gè)原則，盡量減少硬件電路的復(fù)雜程度，發(fā)揮計(jì)算機(jī)處理功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)工作的可靠性。對(duì)軟件來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡可能預(yù)防可能發(fā)生的故障，采用模塊化設(shè)計(jì)方案，以利于程序的編制和調(diào)試，減少故障率，提高軟件的可靠性。 。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。在硬件和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則，把復(fù)雜難處理的問(wèn)題分為若干較簡(jiǎn)單的、容易處理的問(wèn)題，分別加以解決。 由于煤礦井下工作環(huán)境的復(fù)雜性與特殊性，需檢測(cè)的參數(shù)較多，加之《煤礦安全規(guī)程(2020)》新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，這就需要采用新技術(shù)、新工藝，研究設(shè)計(jì)符合新標(biāo)準(zhǔn)的礦用溫度傳感器。溫度傳感器應(yīng)用范圍之廣，使用數(shù)量之大，也高居各類(lèi)傳感器之首。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量。由于煤 礦井下生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，環(huán)境條件惡劣，自然災(zāi)害多，所以經(jīng)常會(huì)存在安全事故隱 患。用于測(cè)試和確定電工、電子及其他產(chǎn)品及 材料進(jìn)行高溫、低溫、交變溫度或恒定試驗(yàn)的溫度環(huán)境的變化，判斷當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)的溫度值達(dá)到警示條件時(shí)發(fā)出警告信號(hào)。利用單片機(jī)設(shè)計(jì)成的礦用溫度傳感器夠成的溫度檢測(cè)系統(tǒng)較于傳統(tǒng)的溫度計(jì)有著巨大的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的溫度計(jì)有反映慢、讀數(shù)麻煩、測(cè)量精度不高、誤差大、體積大等缺點(diǎn)，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。 關(guān)鍵詞： 溫度傳感器；煤礦； 紅外遙控；單片機(jī)；外圍芯片 1 第 1 章 緒論 在現(xiàn)代生活中，溫度是人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪谐３Ｐ枰獪y(cè)量和控制的一個(gè)量。最后，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了安全性計(jì)算。 文章還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電路圖和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。以單片微機(jī) AT89C51 為中央處理單元，由溫度采集電路、數(shù)字顯示電路、聲光報(bào)警電路、信號(hào)輸出電路等單元組成。利用單片機(jī) 設(shè)計(jì)成的礦用溫度 傳感器夠成的溫度檢測(cè)系統(tǒng)較于傳統(tǒng)的溫度計(jì)有著巨大的優(yōu)勢(shì)。 由于煤礦井下工作環(huán)境的復(fù)雜性與特殊性，需檢測(cè)的參數(shù)較多，加之《煤礦安全規(guī)程 (2020)》新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，這就需要采用新技術(shù)、新工藝，研究設(shè)計(jì)符合新標(biāo)準(zhǔn)的礦用溫度傳感器 。 答 辯 委 員會(huì) 人 ， 出 席 人 答 辯 委 員會(huì) 主任（ 簽 字）： 答 辯 委 員會(huì) 副主任（ 簽 字）： 答 辯 委 員會(huì) 委員 ： ， ， ， ， ， ， 山西煤炭 職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文） 評(píng)語(yǔ) 第 頁(yè) 共 頁(yè) 學(xué) 生姓名： XXXXXX 專(zhuān)業(yè) 電子信息工程技術(shù) 年 級(jí) 2020 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文） 題 目： 礦用溫度傳感器設(shè)計(jì) 評(píng) 閱 人： 指 導(dǎo)教師 ： XXXXXXX （ 簽 字） 年 月 日 成 績(jī) ： 系（科）主任： （ 簽 字） 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論 文）及答 辯評(píng)語(yǔ) ：