热电偶测温系统.docx
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热电偶测温系统
热电偶测温系统
小组成员：
摘要：
介绍了以单片机AT89C51作为核心元件构成的电阻炉温度控制系统的工作原理，详细说明了各个模块的各实现方式，并且分析了系统硬件结构，最后给出了系统流程图。
关键词：
AT89C52、WRN230、LCD1602、TLC2543、OP07
一．系统方案
1.1结构框图
1.2实现方法
本系统以WRN130型热电偶为核心，利用51单片机控制整个电路。
由WRN130热电偶测量电炉温度，输出电量信号，再利用LCD1602显示所测温度，当温度达到设定温度时，蜂鸣器报警。
芯片特性：
WRN230：
WRN130—K型热电偶对应-270度~+1372度输出-6.358~+54.886mV的电压；联接型式：
固定螺纹
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：
超低偏移：
150μV最大。
低输入偏置电流：
1.8nA。
低失调电压漂移：
0.5μV/℃。
超稳定，时间：
2μV/month
最大高电源电压范围：
±3V至±22V
TLC2543的特点：
（1）12位分辩率AD转换器；
（2）在工作温度范围10μs转换时间；
（3）11个模拟输通道；
（4）3路内置自测试方式；
（5）采样率为66kbps；
（6）线性误差±1LSBmax；
（7）有转换结束输出EOC；
（8）具有单·双极性输出；
（9）可编程的MSB或LSB前导；
（10）可编程输出数据长度。
LCD1602的特点：
有+3.3V电压，对比度可调 ；
内含复位电路 ；
提供各种控制命令,如：
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能； 有80字节显示数据存储器DDRAM；
内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM；
8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM；
lcd1602微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。
二、硬件电路
（1）热电偶温度传感器
本系统使用镍铬—镍硅K型热电偶，被测温度范围为0～1300℃。
WRN130—K型热电偶对应-270度~+1372度输出-6.358~+54.886mV的电压，采用滤波放大电路来处理热电偶输出信号，放大后输入A/D转化芯片，转化成数字量后送给单片机处理。
（2）热电偶冷端温度补偿
冷端补偿采用补偿电桥法，用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。
R1=R2=R3=1Ω,是用锰铜丝绕制的，Rcu是铜导线绕制的补偿电阻，其阻值随温度的变化而变化，热电偶的冷端和电阻感受相同的温度，R4是限流电阻。
桥路中供电电压为4V，设定R4的值可确定温度补偿范围。
电桥取在20℃时平衡，这时电桥的四个桥臂电阻R1=R2=R3=Rcu，a、b端无输出。
当冷端温度偏离20℃时，例如升高时，Rcu增大，而热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而减小。
Uab与热电势减小量相等，Uab与热电势迭加后输出电势则保持不变，从而达到了冷端补偿的自动完成。
（3）放大滤波电路
因为在0~1300范围内WRN输出电压为0~50mV，为了方便处理，将输出信号滤掉干扰，然后放大100倍。
有以下两种方案。
方案一：
利用LM358构成两级放大，滤波电路的截止频率为
ω=1/（2πRC）=35Hz，能有效滤掉高频信号。
放大倍数：
Av=Av1*Av2=（R4/R2）*（R3/R5）=100
方案二：
用op07构成仪用放大器
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量
设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：
超低偏移：
150μV最大。
低输入偏置电流：
1.8nA。
低失调电压漂移：
0.5μV/℃。
超稳定，时间：
2μV/month
最大高电源电压范围：
±3V至±22V
有OP07构成的仪表放大器具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗，能有效抑制电路中的共模信号，而且它的输入阻抗高，易于与各种信号源匹配，而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，温漂较小。
由于时间温漂小，因而测量放大器的稳定性好。
仪用放大器由三个运放组成，采用对称电路结构，被测信号直接加到输入端，从而保证了较强的抑制共模信号的能力，第三个运放设计的增益为1，设计成一个差动电压跟随器，能有效隔离电路，减小电流损耗。
放大倍数为:
Av=-1*（1+20000/200）=-201
（4）A/D转换电路
本系统A/D转化采用TLC2543芯片
TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。
由于是串行输入结构，能够节省52系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高。
在该系统中模拟量有通道1输入，REF-直接接地，供电电压以及正基准电压都接5V，由52控制芯片读取电压转化，然后转化数值由单片机接收，读取的电压为：
Vo=5V*dataout/4096，实际热电偶输出电压为v=Vo/100，再由单片机查表得温度值（或由近似的线性公式换算）。
（5）单片机最小系统
本系统利用AT89C51实现控制，图为单片机工作电路。
（6）按键电路
设置三个键，当键一按下进入报警温度值设置界面，键二为温度加键，键三为温度减键，再按一次退出温度设定界面。
（7）报警电路
当温度到达设定值时电路报警，由单片机控制蜂鸣器发声。
（8）LCD1602显示电路
显示当前电炉温度，以及设置的报警温度值，当进入设置界面时，显示设定的温度值。
（9）总体电路图
三．程序设计
3.1主程序流程图
4
实验中
四．总结
本次报告以单片机AT89C51作为核心元件构成的电阻炉温度控制系统的工作原理，详细说明了各个模块的各实现方式，并且分析了系统硬件结构，最后给出了系统流程图。
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