自动检测课程设计之炉温检测.docx
《自动检测课程设计之炉温检测.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动检测课程设计之炉温检测.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
自动检测课程设计之炉温检测
目录
1、前言
2、系统构成
3、温度采集系统的设计
3.1温度的传感器选型
3.2温度检测电路
3.2.1热电偶温度测量电路
3.2.2 热电偶温度传感器放大电路
3.3.3A/D转换电路
4、炉温控制电路设计
5、键盘接口电路
6、LED显示电路
7、温度检测系统总体电路接线图
8、单片机的软件部分流程图
9、结论
10、参考文献
1、前言
目前，工业上通常采用直接比较法检定，即将被校热电偶和标准热电偶直接比较的一种检定方法。
检定时，把被检热电偶和标准热电偶捆扎在一起，送入检定炉，测量端应位于检定炉均匀的高温区中，检定炉内的温度应恒定在被校温度点。
热电偶检定炉的温度控制，对于实验或生产过程有着十分重要的作用。
本温控系统是利用单片机、温度传感器、加热丝和A/D转换芯片等来实现的数字温度检测控制系统。
单片微处理器具有高精确度、高灵敏度、高响应速度以及耗能少、机构小、可以连续测量、自动控制、安全可靠等优点，非常适合嵌入控制。
同时，其逻辑控制运算是由软件来进行的，可以容易地实现各种控制规则，甚至是比较复杂的控制算法的实现，而且不受外界的工作环境的影响。
因此，基于单片机的温度控制器，可以安全可靠地运行，智能地控制温度稳定在某一给定值，或者给定值附近。
本温控系统是用于对温度进行监测和控制的全自动智能调节系统，不仅用于K热电偶检定炉的温度控制，还可以用在其他工业用电阻炉的温度控制中，实际应用表明该系统稳定性好、寿命长，能很好地满足生产和实验的需要。
2、系统构成
在本设计硬件系统中所选用的A/D转换器为逐次逼近式A/D转换器ADC0809。
通过放大电路将电压信号放大、保持、再经过A/D转换电路进行模/数转换，最后输出数字量，然后送入MCS-51单片机进行处理。
其中本设计根据MCS-51单片机在传感器测温过程中的应用，包括对传感器输出的小信号如何进行放大、转换、控制并直接显示成温度量的电路进行设计，采用单片机进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性等特点，而且可以大幅度提高被控温度的精度。
本系统将温度变换、显示和控制集成于一体。
热电偶是当今温度检测的主要器件，本课题的主要出发点是使用热电偶温度传感器设计出一个完整的测温系统。
将温度变换、显示和控制集成于一体。
对烘箱温度进行实时测量。
用LED七段数码管显示测量的温度值。
本系统采用K型热电偶，其测量范围为
，显示精度为
。
图1为烘箱检测系统整体框图
图1烘箱检测系统整体结构框图
3、炉温采集系统的设计
3.1温度传感器的选型
选用镍铬-镍硅热电偶（K型），该热电偶化学稳定性较高，可在氧化性介质中长时间的测量900以下的温度，短期测量可达1200；这种热电偶具有复制性好，产生热电势大，线性好，价格便宜，虽然精度低，但完全能满足工业测量要求。
3.2温度检测电路
烘箱温度检测电路是由温度传感器结合放大器电路、模拟数字转换电路组成。
温度信息由温度传感器测量并转换成mV级的电压信号，经过信号放大电路将弱电压信号放大到单片机可以处理的范围内，输入到A/D转换器转换成数字信号，输入单片机AT89C51，在单片机中对信号进行采样。
3.2.1热电偶温度测量电路
图2为热电偶温度测量电路
图2热电偶温度测量电路
在使用热电偶时,必须对参考端温度进行自动补偿,才能正确显示出被测温度值。
参考端温度补偿大致有两种方案:
一种是利用硬件（例如参考端温度补偿器）进行补偿;另一种则是用计算机软件对测量值进行修正,来消除由环境温度引起的测量误差，为使测量更加精确，便于精确控制，本设计采用基准结点补偿电路对K型热电偶进行补偿。
电路图如图3所示
图3热电偶的测量基准结点补偿电路
K型热电偶
（满度）的感应电动势为20.64mV，同相运算放大器增益Av
应为Av=5V/20.64mV=242（因
时输出要求为5V）。
电路中，
为
决定增益大小，用
使增益在233与253之间可调。
与C1为低通滤波器，时间常数越大，消除噪音效果越好，但响应速度变慢。
另外，
增大，运算放大器的输入偏置电流要产生偏移电压，因此，
值不能过大。
AD707J的最大输入偏置电流为2.5nA,
时，产生
的偏移电压。
基准点补偿采用温度传感器LM35D，它的每
温度相应输出电压为10mV，用电阻分压，并用电位器
调整使其a点电压为
，进行基准结点温度补偿。
是传感器断线检测电阻。
热电偶断线时，运算放大器输出就要超出范围。
然而，因接有电阻
，热电偶的内阻要产生偏移电压。
例如，热电偶内阻为
（包括
和
阻值）时，
，也要产生
偏移电压。
另外，断线时运算放大器输入偏置电流要流经
，因此，不能采用输入偏置电流较大的运算放大器。
3.2.2热电偶温度传感器放大电路
本系统采用LM35D对热电偶的基准结点进行补偿的电路（同相放大电路）,传感器采用K型热电偶。
此电路把
的温度变为相应的0~5V电压。
除放大以外，还有传感器断线检测与基准点补偿电路，而线性处理由计算机进行。
热电偶的输出信号极小，每
约为
，因此，运算放大器要采用高灵敏度运放。
这里采用的是AD707J运算放大器。
3.2.3A/D（模数）转换电路
经过测量放大器放大后的电压信号，其电压范围为0～5V，此信号为模拟信号，计算机无法接受，故必须进行A/D转换。
实际电路中，选用ADC0809芯片。
ADC0809是CMOS工艺的8位逐次比较型A/D转换器。
由8选1模拟开关，8位A/D转换器及输出三态缓冲器组成，由三个地址信号ADDA、ADDB、ADDC来决定哪一路模拟信号进行A/D转换。
主要控制信号有：
1.START：
启动信号
2.ALE：
地址锁存信号
3.EOC：
转换结束信号
4.CLOCK：
时钟信号，由外部输入
5.OE：
输出允许信号
6.
和
：
A/D转换参考电压，
接+5V，
接地
7.
：
芯片电源电压，由于是CMOS芯片，允许电压范围为+5V到+15V
ADC0809有两种接口方式，一种是直接接口，另一种是通过接口芯片和单片机相连。
在直接接口方式中，可将
与地址译码信号通过或非门后启动A/D转换。
如图4所示。
当执行以下指令时
MOVX＠R0，A
START及ALE信号变高。
其中A中应存放模拟信号通道地址，R0中为ADC0809地址。
由于该指令为输出指令，故
信号变为低电平，同时地址线上出现0809的地址，使译码输出端为低电平，从而START及ALE信号变高，此时数据线上出现的模拟通道号锁存在0809地址锁存器中，该指令执行后，开始启动A/D转换。
当CPU执行输入指令时
MOVXA，＠R0
及地址译码信号有效，从而选中OE将该通道A/D转换结果读入累加器A中。
图4ADC0809与单片机的硬件接线
4、炉温控制电路设计
本次课程设计在烘箱温度加热电路上采用光耦电路设计，与单片机连接的电路图如图5所示：
图5单片机硬件接口电路
通过温度传感器检测电烘箱的温度，通过放大，经A/D转换传送到单片机，与单片机设定的温度相比较，如果测量的温度高于设定值，通过光敏电阻使得加热器停止、开风扇；如果测量的温度低于设定值，通过光敏电阻使得加热器工作、停风扇。
5、键盘接口电路
键盘模块是用户设置系统工作温度和工作状态的输入设备，采用独立式键盘结构，K1用于系统系统运行状态和设置状态转换，K2、K3、K4分别用来设置温度的百位数、十位数、个位数。
键盘设置模块电路如图6所示
图6单片机硬件电路键盘设置模块
6、LED显示电路
图7为LED动态显示电路。
根据控制系统的要求，选用3位LED显示，此电路中，采用动态扫描方式。
74LS164用于驱动LED的8位段码，8位LED相应的“a”～“g”段连在一起。
当选通某一位LED时，相应的地址线输出的是高电平，所以，LED选用共阳LED数码管。
动态扫描的频率有一定的要求，频率太低，LED将出现闪烁现象；如频率太高，由于每个LED点亮的时间太短，LED的亮度太低，肉眼无法看清。
所以一般保持时间取数个毫秒左右为宜。
图7LED动态显示器电路
7、温度检测系统的总体接线图
图8基于热电偶的温度控制系统结构图
8、单片机的软件部分设计
本系统采用模块程序设计技术，来设计加热炉温度控制系统的监控软件。
根据系统功能，我们将软件划分成若干个功能相对独立的模块。
软件程序的主要任务有：
温度测定、参数的显示；数据管理；数据处理；数据运算；、输出控制等功能。
软件程序包括主程序、显示程序、键盘处理程序、A/D转换程序、数据转换处理程序等。
在系统软件中，主程序完成系统初始化和电炉丝的导通和关断；炉温测定、键盘输入、时间确定和显示、控制算法等都由子程序来完成；中断服务程序实现定时测温和读取时间。
流程图如图9所示。
图9控制系统程序流程图
图10定时中断服务流程图
图11温度测量转换子程序图
图12温度测量子程序图
9、结论
K型热电偶传感器将温度信号转换为电信号，经过A/D转换为数字信号数字信号可以直接送到单片机进行直接处理。
通过测量的温度与设定的温度相比较，从而实现炉温的自动控制。
该智能控制系统，能对检定炉内温度进行测量、控制并显示，采用模块化的设计，能根据温度给定值给出调整量，控制加热功率的大小，实现调节检定炉温度的目的。
10、参考文献
1、刘成超.管式热电偶检定炉温控制系统的设计.重庆，2010
2、朴健.计算机自动控制热电偶检测系统.武汉，2001
3、沙占友.K型热电偶自动补偿式测温电路的设计.河北科技大学，2001
4、陈岭丽.检测技术和系统.北京：
清华大学出版社，2005
5、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：
机械工业出版社.2001
6、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：
人民邮电出版社.2000
升级会员 