【正文】 經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。二、基本要求： 選定一款熱電偶溫度傳感器，產(chǎn)品的測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)測量算法； 設(shè)計(jì)相關(guān)的測試系統(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； 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。 錢可元，高精度熱電偶溫度變送器，PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION, Vol. 24, No. 8, Aug. , 2003。 王前波等，基于單片機(jī)的熱電偶溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，《科技信息》2007年3期完 成 期 限：2015年3月2日－2015年6月19日指導(dǎo)教師簽章： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2015年 3 月 2 日基于熱電偶溫度傳感器的動(dòng)態(tài)溫度實(shí)時(shí)測量記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要近年來熱電偶漸漸地開始頻繁的作為檢測溫度元器件出現(xiàn)在我們的視線中，但是，這種溫度傳感器用起來很麻煩，大都是需要有專門的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線，而溫度補(bǔ)償導(dǎo)線的價(jià)格又不便宜，而且使用起來也不方便，還會(huì)影響測量精度。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)視較遠(yuǎn)處的溫度信號(hào)也是不可避免的。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。軟件部分設(shè)計(jì)主程序、溫度采集轉(zhuǎn)換、鍵盤電路和LCD1602電路。而現(xiàn)今社會(huì)上所開發(fā)出來的一些智能化和便于操作、使用的家用電子產(chǎn)品大都是以集成控制芯片為核心。我們都知道，電子產(chǎn)品的制造往往都對溫度有很高要求。在一些對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。工業(yè)測溫大都要求精度較高的溫度傳感器。NTC、PTC等溫度傳感器均屬于半導(dǎo)體溫度傳感器，它們不能用在液體測溫的情況。 熱電偶可以測量出的溫度邊界限制不是很大，可以用在很多場合來測量溫度；而且精確度又是相對來說總是比較好的，所以被用做測溫元件在不管是工業(yè)還是其他元件、食品等生產(chǎn)制造的不同場合得到了廣泛的使用。測量時(shí)不用考慮在外面接電源的問題，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。從一個(gè)角度來說是熱電偶輸出的也是真是測量的電壓與他所要測量的物件的溫度之間是非線性關(guān)系,因此在機(jī)型溫度測量使用時(shí)必須對其進(jìn)行線性化處理。除此之外，與單片機(jī)系統(tǒng)連接的端口必須是數(shù)字化接口，而熱電偶測出測出來的是很弱的難以測量和直接使用的模擬小信號(hào)。因此對熱電偶測量的電壓信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)理、模擬和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換等等一系列復(fù)雜的問題需要我們?nèi)ズ芎玫慕鉀Q它。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。二是利用專用的時(shí)鐘芯片。系統(tǒng)利用芯片MAX6675和51單片機(jī)作為主要設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,并配合時(shí)鐘芯片，實(shí)現(xiàn)測量溫度實(shí)時(shí)時(shí)間同時(shí)顯示的目的，調(diào)用鍵盤可以控制查看實(shí)時(shí)測量溫度記錄等，一切都只是為了達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書中的所要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，然后再仿真一下，可以實(shí)現(xiàn)對動(dòng)態(tài)溫度的測量、實(shí)時(shí)時(shí)間的顯示等功能。假設(shè)溫度傳感器自身溫度均勻，沒有損失熱輻射能量，而且傳感器的介入不會(huì)改變被測介質(zhì)溫度，熱平衡方程[13]可以表示為 （21）其中，為比熱容；為溫度傳感器質(zhì)量；平均溫度時(shí)間函數(shù)；被測介質(zhì)溫度函數(shù)；溫度傳感器耗散系數(shù)；t為時(shí)間變量。當(dāng)，且|t=0解上式得 ，t0 （23） ，t0 （24）當(dāng)時(shí)，熱時(shí)間常數(shù)可表達(dá)為：把傳感器放入穩(wěn)定介質(zhì)，%用的時(shí)間。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)一這種方案設(shè)計(jì)的基本思想是：模擬元器件組成冷端補(bǔ)償轉(zhuǎn)換以及放大電路,這種冷端補(bǔ)償放大以及模擬和數(shù)字相互轉(zhuǎn)換組成的電路不僅占用電路的體積比較大,而且使用起來也非常不方便。該方案所涉及的主要組成電路部分包括熱電偶及冷端補(bǔ)償、放大及A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)和顯示電路等。圖211 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)二在這里我選擇了自帶熱電偶冷端補(bǔ)償和放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的專用芯片MAX6675，MAX6675芯片除了可以對冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償外，還能對溫度進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換使其可以直接與51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。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矩陣鍵盤電路及LCD1602顯示電路等。圖212 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)方案的確定現(xiàn)在對上述兩種方案進(jìn)行比較，由系統(tǒng)框圖可以得出方案一所需電路比較復(fù)雜，而且測量出的溫度值不精確，這樣就可能會(huì)造成非常大的誤差。除此之外，該方案所測溫度精確度比較高，可以消除由熱電偶的非線性所造成的測量誤差,該方案還實(shí)現(xiàn)了電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 3 硬件電路設(shè)計(jì) AT89S51單片機(jī)的硬件組成 片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖示:圖311 片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)AT89S51具有的基本特點(diǎn)是【9】：CPU是8位微處理器128byte片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器8位可編程并行I/O口4個(gè)全雙工的異步串行口1個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器2個(gè)看門狗定時(shí)器1個(gè)中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)特殊功能寄存器26個(gè)掉電模式下具有中斷恢復(fù)模式。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分為片內(nèi)和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。表316 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分配單片機(jī)通過特殊功能寄存器SFR控制片內(nèi)各功能部件。具體情況如圖314。圖314 特殊功能寄存器的名稱及分布 熱電偶簡介 熱電效應(yīng)及微觀解釋 熱電效應(yīng)定義：將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串聯(lián)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不通時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)【1】。圖321 熱電偶工作原理一八二一年，賽貝克做出來了一個(gè)非開放的閉合回路利用不同材質(zhì)的金屬，當(dāng)他對其中一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加熱后，這時(shí)，他覺察到指南針竟然轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度。由指南針的偏轉(zhuǎn)可以得出了一個(gè)結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中有電動(dòng)勢產(chǎn)生并伴隨有電流的流動(dòng)，電流大小和連接處的溫度相關(guān)聯(lián)【1】。自由電子將會(huì)從密度大的金屬A向密度小的金屬B擴(kuò)散，密度大的金屬失去e從而帶著正電，密度小的金屬就會(huì)帶有負(fù)電，這樣就會(huì)形成熱電勢。所以，在利用熱電偶對溫度進(jìn)行測量時(shí)，測量儀表是被允許接入的，我們可以通過測得熱電動(dòng)勢后得到被測介質(zhì)的溫度。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)，熱電偶的熱電勢就只和工作端溫度呈現(xiàn)出單值函數(shù)的關(guān)系。 熱電偶類別及冷端補(bǔ)償總的來說，熱電偶溫度傳感器可以分為【1】：。非標(biāo)準(zhǔn)在某種程度上總是比不得標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，而且，分度表也不統(tǒng)一，多數(shù)用于某些特殊場合。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶溫度傳感器類型分別是S型、B型、E型、K型、R型、J型、T型七種【1】。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。如果不想辦法消除因?yàn)槔涠藴囟劝l(fā)生改變而影響到真實(shí)溫度的測量就會(huì)造成比較大的測量誤差。熱電偶溫度補(bǔ)償公式【3】如下： （326）其中，實(shí)際測量的電動(dòng)勢用表示；熱端溫度用表示；冷端溫度用表示； 零攝氏度用表示【3】；代表冷端表示的是零攝氏度時(shí)所需的補(bǔ)償電勢。 根據(jù)溫度測量的范圍來選擇（1）當(dāng)測量的溫度所在范圍是在1300176。C之間，而且對于測量溫度時(shí)的精度要求相對來說也是非常的高時(shí)，普遍來講熱電偶都是選用的型號(hào)為B型的熱電偶；（2）當(dāng)測量的溫度所在范圍是在超過了1800176。C到1300176。C以下的話，一般來講熱電偶都是普遍選用的型號(hào)為K型的熱電偶和N型的熱電偶；（5）當(dāng)測量的溫度所在范圍是在400176。C以下，或者測量的溫度所在范圍是小于0攝氏度的話，一般來講熱電偶都是普遍選用型號(hào)為T型的熱電偶，因?yàn)?，相對來說，在溫度比較低的環(huán)境中使用時(shí)型號(hào)為T型的熱電偶變化不是很大，測量出的誤差也是比較小的，而且對于測量溫度時(shí)的精度也是比較好的。（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)間也有一定的延長的話，一般來講熱電偶都是普遍選用鎧裝方式的熱電偶。K型熱電偶可以測量的溫度范圍是0攝氏度到1300攝氏度【1】。現(xiàn)在使用頻率最大的廉金屬熱電偶是對應(yīng)型號(hào)為K型的，它的使用之多幾乎可以表達(dá)為其他熱電偶的使用量的疊加。 正極（KP）的組成比例為：Ni所占比例是92/104，Cr所占比例是12/104；負(fù)極（KN）的組成比例為：Ni所占比例是99/102，Si所占比例是3/102；可以用在零下兩百攝氏度的低溫環(huán)境到1300176。 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】、測量出來的電動(dòng)勢也并不微弱、平均每單元需要被測物質(zhì)一旦變化就會(huì)在很大程度上影響響應(yīng)量等特點(diǎn)，而且使用起來一般不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)的情況。K型熱電偶普遍應(yīng)用于氧化性惰性氣體中，不可以在沒有任何保護(hù)措施的條件下使用在還原性或者是還原和氧化交換出現(xiàn)的氣體中（高溫條件），當(dāng)處于弱氧化氣體中時(shí)也不推薦用K型熱電偶測溫. 經(jīng)過上述對熱電偶的一些表達(dá)情況，可以知道K型熱電偶已經(jīng)完全滿足本次設(shè)計(jì)需要完成的關(guān)于測量溫度的各項(xiàng)功能，所以本次設(shè)計(jì)就打算選用K型熱電偶作為溫度采集器件。MAX6675因其高可靠性