熱電偶溫度計(jì)的課程設(shè)計(jì)--熱電偶溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作

1、<p>　　熱電偶溫度計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目： 熱電偶溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作</p><p>　　系 別： 機(jī)電工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 </p><p>　　熱電偶測(cè)溫計(jì)的設(shè)計(jì)與

2、制作</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</b></p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)指標(biāo) </b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)智能數(shù)字顯示儀表。要求8位數(shù)碼管顯示，4位顯示測(cè)量值，4位顯示設(shè)定值；</p><p>　　4輸入按鈕：功能選擇、數(shù)碼管選擇、數(shù)字增加、數(shù)字減少；</p>

3、<p>　　可設(shè)定上下限報(bào)警蜂鳴器報(bào)警；</p><p><b>　　2．設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　畫(huà)出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p><b>　　元器件及參數(shù)選擇；</b></p><p><b>　　電路仿真與調(diào)試；</b><

4、/p><p>　　PCB文件生成與打印輸出。</p><p>　　3．制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。</p><p>　　4．編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告 寫(xiě)出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。</p><p><b>　　1.1選題的意義</b></p><p>　　熱電偶

5、具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱、機(jī)械沖擊能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，常用于高溫區(qū)域、振動(dòng)沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測(cè)溫場(chǎng)合；但其信號(hào)輸出靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)和前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　通過(guò)B型（鉑銠30）熱電偶測(cè)量的答題思路

6、為</p><p>　　1.3熱電偶測(cè)溫計(jì)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.3.1．智能儀表基本模塊硬件電路</p><p>　　智能儀表基本模塊由單片機(jī)、輸入按鈕、硬件顯示和通信接口組成</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p>　　(1)最小系統(tǒng)板電路</p>

7、<p><b>　　(2)電源電路</b></p><p><b>　　(3)按鍵電路</b></p><p><b>　　(4)揚(yáng)聲器電路</b></p><p><b>　　（5）數(shù)碼管電路</b></p><p><b>　　(6

8、)信號(hào)調(diào)理電路</b></p><p><b>　　(7)功率驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p><b>　　(8)LED電路</b></p><p>　　1.3.2 智能儀表基本模塊的功能：</p><p>　　（1）具有兩排8個(gè)是數(shù)碼管顯示，分別顯示測(cè)量值與設(shè)定值， 數(shù)碼管由74HC5

9、95驅(qū)動(dòng)，因此只需要3個(gè)單片機(jī)引腳，可以用SPI接口引腳：PB4、PB5（MOSI）和PB7（SCK），或是采用I/O引腳搭配時(shí)序的方法驅(qū)動(dòng)。</p><p>　?。?）具有4個(gè)按鈕：功能選擇按鈕、數(shù)碼管選擇按鈕、數(shù)字加按鈕、數(shù)字減按鈕。按鈕直接連在單片機(jī)引腳，低電平有效。</p><p>　?。?）具有4個(gè)LED燈，用于顯示狀態(tài)，直接連到單片機(jī)引腳，低電平有效。</p>&

10、lt;p><b>　　智能儀表的外形：</b></p><p>　　其中上排數(shù)碼管顯示測(cè)量值，下排數(shù)碼管顯示設(shè)定值，4個(gè)按鈕用三個(gè)，右上側(cè)有4個(gè)發(fā)光二極管。</p><p>　　1.4、測(cè)溫模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.4.1熱電偶</b></p><p>　　B型熱電偶在熱電偶系

11、列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)溫上限高等優(yōu)點(diǎn)。適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。B型熱電偶一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是不需用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)償，因?yàn)樵?~50℃范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3μV。</p><p>　　B型熱電偶不足之處是熱電勢(shì)，熱電勢(shì)率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，因而一次性投資較大。

12、兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)成為熱電勢(shì)，也稱為熱電動(dòng)勢(shì)，熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的。其中，直接用做測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫作工作端（稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（稱為補(bǔ)償端）。冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。</p><p>　　熱電偶將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電

13、偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：</p><p>　　熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)大小，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫差有關(guān)</p><p>　　當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求的B型（鉑銠30）熱電偶測(cè)溫范圍如下

14、表</p><p>　　1.4.2熱電偶信號(hào)調(diào)理電路</p><p>　　采用LM35的B00000000----------------------------型熱電偶冷端補(bǔ)償電路</p><p>　　B型熱電偶在0度時(shí)的熱電勢(shì)為0mV，在1600度時(shí)的熱電勢(shì)為18.84mV。若輸出電壓為0.2-3.3v。因此放大器輸出電壓方程為：</p><

15、p>　　1）0.2=m*0+b 和 2）3.3=m*18.84+b算出m、b的值然后根據(jù)</p><p>　　3）m=[R2/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg] 和 4）b=Vref[R1/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg]算出實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)</p><p>　　1.5驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)采用晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，其負(fù)載

16、為1000W的電加熱器（電源電壓為220VAC）。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動(dòng)器的電路如下圖所示。</p><p>　　單片機(jī)驅(qū)動(dòng)晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動(dòng)器的電路</p><p><b>　　1.6軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.6.1主程序</b></p><p>　　#include

17、<iom 16v.h></p><p>　　#include< macros.h ></p><p>　　unsigned char vadc; //vadc 測(cè)得的放大電勢(shì)值</p><p>　　unsigned int var;

18、 //測(cè)得的溫度值</p><p>　　Unsign int data[8]; //全局變量</p><p>　　unsigned char xs[8]; //數(shù)據(jù)緩存</p><p>　　unsigned char disp[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92

19、,0x82,0xF8,0x80,0x90,//共陽(yáng)數(shù)碼</p><p>　　0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf, </p><p>　　0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f, 0xFE,0xFF}; </p><p>　　unsigned int weizhi[]={0x01,0x02,

20、0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; 高電平有效*/</p><p>　　unsigned char LED0,LED1,LED2,LED3;</p><p>　　Void main(void) //主函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p>&

21、lt;p>　　unsign char adc_time;</p><p>　　unsign char saomiao_time;</p><p>　　unsign char xianshi_time;</p><p>　　init_devices（）；adc_time=0;}</p><p><b>　　while(1)<

22、;/b></p><p>　　While(adc_time=1) //測(cè)溫</p><p>　　{ adc(); </p><p>　　Char lp(); //濾波 </p><p><b>　　PID（）；</b><

23、;/p><p><b>　　Shuchu();</b></p><p>　　adc_time=0;}</p><p>　　While(saomiao_time==1)</p><p>　　{ saomiao1(); //掃描按鍵并存放數(shù)據(jù)</p><p>　　Saomiao_

24、time=0;}</p><p>　　while(xianshi_time==1)</p><p>　　{ spihc(); //數(shù)碼管顯示</p><p>　　LED(); // LED燈顯示</p><p>　　xianshi_time=0;}</p>

25、<p><b>　　}</b></p><p>　　#pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 //定時(shí)器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序</p><p>　　{ static unsigned char n；</p><p><b>　　n ++;</b></p

26、><p>　　If(n==20) //200ms</p><p>　　adc_time=1; //adc轉(zhuǎn)換</p><p>　　Saomiao_time=1; //掃描PD口按鍵 </p>

27、<p>　　xianshi_time=1; //顯示數(shù)碼管</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　1.6.2子程序</b></p><p>　?。?）ADC初始化函數(shù)</p><p>　　Void adc_i

28、nit(void)</p><p>　　{ ADCSRA=0x00; // ADCSRA –ADC控制和狀態(tài)寄存器</p><p>　　ADMAX=0x20; //選擇外部參考電壓，通道0，左對(duì)齊</p><p>　　ADCSRA=0xE2;</p>&

29、lt;p>　　SFIOR=0Xa0; // SFIOR-特殊功能IO寄存器，定時(shí)器1比較匹配B</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(2)ADC轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　Void adc(void)</p><p>　　{ static unsigned

30、char n;</p><p>　　while(!(ADCSRA&(1<<ADIF))); //等待轉(zhuǎn)換完成</p><p>　　ADH=ADCH; //8位轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　If(n<5)</b></p>&

31、lt;p>　　Value_adc[n++]=ADH;</p><p><b>　　Else </b></p><p><b>　　n =0;} </b></p><p>　　(3)算術(shù)平均值濾波子函數(shù)</p><p>　　Void Char lp(void)</p><p

32、>　　{ Int sum=0;</p><p>　　Char count;</p><p>　　For (count=0;count<5;count++)</p><p>　　{ sum+=Value_adc[count]; //獲取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，計(jì)算相加</p><p><b>　　Delay(

33、);}</b></p><p>　　vadc=sum/5;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(4)定時(shí)器初始化函數(shù)</p><p>　　Void T1_init(void) //初始化定時(shí)器，產(chǎn)生10ms周期中斷</p><p&

34、gt;　　{OCR1A=1249;</p><p>　　TIMSK|=(1<<OCIEA);</p><p>　　TCCR1A=0x00;</p><p>　　TCCR1B=0x08; //定時(shí)器工作在CTC計(jì)數(shù)器模式</p><p>　　TCCR1B|=0x02;

35、 // 設(shè)定定時(shí)器1的分頻值為8分頻</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）顯示LED燈子程序</p><p>　　Void LED(void)</p><p>　　{ if(LED0==1)</p><p>　　PORTB^

36、=0x01;</p><p>　　If(LED1==1)</p><p>　　PORTB|=1<<1;</p><p>　　If(LED2==1)</p><p>　　PORTB|=1<<2;</p><p>　　If(LED3==1)</p><p>　　PORTB|=

37、1<<3;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(6)定時(shí)器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序 </p><p>　　#pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 //定時(shí)器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序</p><p>　　{ s

38、tatic unsigned char n；</p><p><b>　　n ++;</b></p><p>　　If(n==20) //200ms</p><p>　　adc_time=1; //adc轉(zhuǎn)換</p&

39、gt;<p>　　Saomiao_time=1; //掃描PD口按鍵 </p><p>　　xianshi_time=1; //顯示數(shù)碼管</p><p><b>　　} </b></p><p>　　(7) SPI初始化</p>

40、<p>　　Void SPI_init(void)</p><p>　　SPDR=(1<<6)|(1<<4)|(1<<5)|(1<<1)|(1<<0); //使能SPI主機(jī)模式，設(shè)置時(shí)鐘速率為fck/128</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?/p>

41、8）引腳初始化函數(shù)</p><p>　　Void port_init(void) //引腳初始化函數(shù)</p><p>　　{PORTA=0x80; //AD通道PA0口輸入模擬信號(hào)</p><p>　　DDRA=0x80;</p><p>

42、;　　PORTB=0xff; //PB輸出 LED燈</p><p>　　DDRB=0xff;</p><p>　　PORTC=0xff; //PC輸出 數(shù)碼管</p><p>　　DDRC=0xff;</p><p>　　

43、PORTD=0x00; //PD口輸入按鈕信號(hào)</p><p>　　DDRD=0x00;</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）系統(tǒng)初始化函數(shù)</p><p>　　Void init_devices(void)

44、 //系統(tǒng)初始化</p><p><b>　　{CLI();</b></p><p>　　port_init();</p><p><b>　　adc_init;</b></p><p><b>　　T1_init;</b></p><p&g

45、t;<b>　　SPI_init;</b></p><p><b>　　SEI();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　（10）掃描子程序</b></p><p>　　Void saomiao1(void)<

46、/p><p>　　{ unsigned int i;</p><p>　　Static unsigned int j,m,k;</p><p><b>　　If(j==0)</b></p><p>　　{if (PIND|=0xFE) //判斷PD0引腳 功能鍵</p><p>　

47、　for (i=0;i<<2000;i++);</p><p>　　if (PIND|=0xFE) </p><p>　　while(PIND|=0xFE);</p><p><b>　　{j+=1;</b></p><p><b>　　if(j>3)</b></p>

48、<p><b>　　j=0;}</b></p><p><b>　　else </b></p><p>　　saomiao2();</p><p><b>　　shuju();</b></p><p>　　if(j==1)

49、 // LED燈亮</p><p><b>　　{LED1=1;</b></p><p>　　data[3]=data[2];} //設(shè)定并存放報(bào)警上限值</p><p>　　Else if(j==2)</p><p>　　{LED2=1; data[4]=data[2];} //設(shè)定

50、并存放報(bào)警下限值 </p><p>　　Else if(j==3)</p><p>　　{ED3=1; data[5]=data[2];} //設(shè)定并存放給定值</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?1）數(shù)碼管、按鈕子程序</p><p>　　Void s

51、aomiao2(void) //選擇數(shù)碼管 按鈕 </p><p>　　{ unsigned int p;</p><p><b>　　if(m==0)</b></p><p>　　if (PIND|=0xFD) //判斷PD1引腳</p><p>　　for (p=0;p&

52、lt;<2000;p++);</p><p>　　if (PIND|=0xFD) </p><p>　　while(PIND|=0xFD);</p><p><b>　　{m+=1;</b></p><p><b>　　if(m>4)</b></p><p>&

53、lt;b>　　m=0;}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　saomiao3();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　（12）判斷數(shù)據(jù)增減子程序</p><p>　　Void saomiao3

54、(void) //判斷數(shù)據(jù)增減</p><p>　　{ unsigned int q; </p><p><b>　　If(0<k<9)</b></p><p>　　if (PIND|=0xFB) //判斷PD2引腳</p><p&g

55、t;　　for (q=0;q<<2000;q++);</p><p>　　if (PIND|=0xFB) </p><p>　　while(PIND|=0xFB);</p><p><b>　　{k+=1；}</b></p><p>　　if (PIND|=0xF7) //判斷PD3引腳&

56、lt;/p><p>　　for (q=0;q<<2000;q++);</p><p>　　if (PIND|=0Xf7) </p><p>　　while(PIND|=0xF7);</p><p><b>　　{k-=1;}</b></p><p>　　Else k=0; </p&

57、gt;<p><b>　　}</b></p><p>　?。?3）數(shù)據(jù)設(shè)定存放子程序</p><p>　　Void shuju(void)</p><p><b>　　{If(m==1)</b></p><p>　　data[2]+=k;</p><p><

58、;b>　　if(m==2)</b></p><p>　　data[2]+=1<<4;</p><p><b>　　if(m==3)</b></p><p>　　data[2]+=1<<8;</p><p><b>　　if(m==4)</b></p&g

59、t;<p>　　data[2]+=1<<12;}</p><p>　　（14）向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)</p><p>　　void xianshi(unsigned char X) //向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)</p><p>　　{unsigned char i; </p><p>　　for(i=

60、8;i>=1;i--)</p><p>　　{if (X&0x80) PORTC.5=1; else PORTC.5=0; //先輸出低位</p><p><b>　　X<<=1;</b></p><p>　　PORTC.7 = 0;</p><p>　　PORTC.7 = 1;</

61、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?5）顯示數(shù)碼管子程序</p><p>　　void spihc595 (void) //顯示子程序</p><p>

62、　　{unsigned char i; </p><p><b>　　{</b></p><p>　　{data[0]=var; //顯示測(cè)量值</p><p>　　data[1]=data[4];

63、//顯示給定值定值</p><p>　　if(LED1==1)</p><p>　　data[1]=data[2]; //顯示報(bào)警上限值</p><p>　　if(LED2==1)</p><p>　　data[1]=data[3];

64、 //顯示報(bào)警下限值</p><p>　　xs[0]= data[1]/1000%10;</p><p>　　xs[1]= data[1]/100%10;</p><p>　　xs[2]= data[1]/10%10;</p><p>　　xs[3]=data[1]%10;</p><p>　　xs[4]= dat

65、a[0]/1000%10;</p><p>　　xs[5]= data[0]/100%10;</p><p>　　xs[6]= data[0]/10%10;</p><p>　　xs[7]=data[0]%10;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xianshi(weiz

66、hi[i]); //位輸出</p><p>　　xianshi(disp[xs[i]]); //段輸出 </p><p>　　PORTC.6 = 0; //鎖存信號(hào)低電平</p><p>　　PORTC.6= 1;

67、 //鎖存信號(hào)高電平</p><p>　　i++;if(i==8)i=0;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　1.7、安裝調(diào)試</b></p>&

68、lt;p>　　1.7.1實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法</p><p><b>　　熱電偶模塊</b></p><p><b>　　連接之后電路故障。</b></p><p>　　從新觀察電路圖發(fā)現(xiàn)連接錯(cuò)誤。重新連接之后一切正常。</p><p><b>　　1.8總結(jié)</b&

69、gt;</p><p><b>　　1.8.1設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這次對(duì)熱電偶測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于熱電偶測(cè)溫儀的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無(wú)法成功的電路接法，在實(shí)際中

70、因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒ΑＫ?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。</p><p>　　1.8.2對(duì)設(shè)計(jì)的建議</p><p>　　我希望老師在我們動(dòng)手制作之前應(yīng)先告訴我們一些關(guān)于所做電路的資料、原理

71、，以及如何檢測(cè)電路的方法，還有關(guān)于檢測(cè)芯片的方法。這樣會(huì)有助于我們進(jìn)一步的進(jìn)入狀況，完成設(shè)計(jì)</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　【1】厲玉鳴主編，化工儀表及自動(dòng)化（第三版），北京化學(xué)工業(yè)出版社，1999</p><p>　　【2】楊麗明，張光新主編.化工自動(dòng)化及儀表.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p&