基于单片机的K型热电偶温度计的设计(3)
1.2 课题设计内容
论文主要任务是设计一种基于单片机的K型热电偶温度计。需要采用K型热电偶、带有冷端补偿的温度转换芯片MAX6675、AT89C51单片机、LCD液晶显示器等元器件设计出相应温度采集电路、温度转换电路、温度控制电路、显示电路。该系统采用AT89C51单片机对带有冷端补偿的温度转换芯片MAX6675进行控制,通过显示电路显示温度，并根据硬件原理图设计相应的软件程序，最后对系统进行Proteus的仿真试验，使设计出的温度计能够对固体表面、液体和气体的温度进行准确测量，达到任务书中的要求。
2 K型热电偶温度计的工作原理
2.1电路设计功能要求
（1） 选用AT89C51单片机设计控制电路；
（2） 设计K型热电偶传感器电路，温度转换器电路、显示器电路等硬件电路；
（3） 完成0℃～1000℃的温度测试，温度分辨率为0.25℃，同时实现测量温度的实时显示；
（4） 设计硬件电路系统及在Proteus上进行仿真实现；
（5） 编程实现K型热电偶温度计的控制软件。
2.2热电偶测温基本原理
热电偶是一种感温元件，根据热电动势效应原理来测量温度。将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如果两端接点的温度不同时，回路中将产生电势，称为热电势[4]。这个物理现象称为热电效应或塞贝克效应。人们规定称这两种不同成份的均质导体叫作热电极，把温度较高的一端称之为工作端（热端），温度较低的一端称之为自由端（冷端），通常情况下，冷端的温度是保持恒定不变的。而根据热电偶三大基本定律的中间导体定律可知，若一个闭合回路是由不同的材料所组成，只要它们之间接触点的温度都相同，那么回路中总热电势是保持不变的，恒为零。因此，只要接入热电偶的导体材料两端的温度相同，热电偶回路的热电势不会发生变化，即回路不会受到别的金属接入的影响。由此可知，在用热电偶测量物体的温度时，只要知道热电偶输出热电势，物体的温度就很容易知道。在使用热电偶采集温度信号时，我们应当注意这样几个问题：第一，我们常说的热电偶的热电势是指热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数；第二，当做成热电偶的材料是均匀的时候，影响热电偶的热电势的大小因素只有材料的成份和两端的温差，而与热电偶的长度和直径无关；第三，只要我们知道热电偶的两个热电偶丝是用什么材料做成的，热电偶的热电势就取决与它两端的温度差。综上所述，热电偶的热电势当冷端温度恒定时就只取决于热端温度。
2.3 电路设计方案选择
基于单片机的K型热电偶温度计的设计要求，如图2.1所示，电路系统主要包括K型热电偶传感器电路，温度转换器电路，单片机控制电路，液晶显示电路等。
图2.1基于单片机的K型热电偶温度计系统组成框图
（1）温度传感器电路方案的选择
方案一：
采用热电阻温度传感器，它的测温原理是根据导体的电阻随着温度的变化而变化来测量。虽然热电阻温度传感器具有准确度高、稳定性好、输出信号大、灵敏度高等优点，但是构成它的元件结构复杂、尺寸较大、制作困难，且它只适用于较低温度环境，不适合本论文要求的高温测量，因此不采用这一方案。
方案二：
采用K型热电偶温度传感器，它的测温原理是根据上面介绍的热电效应来测量温度。热电偶可以将温度量转换成电量进行检测，对于温度测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便。它结构简单、体积小、价格低廉、制造容易且准确度高、测量范围广，可满足各种测量对象的要求。因此采用这一方案。
上一篇：城市快速路与普通道路的协调设计