数字式温度传感器设计

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1、数字式温度计设计摘要本课题以AT89S51单片机系统为核心，对单点的温度进行实时检测。采用K型热电偶对温度进行检测；采用K型热电偶数字转换器MAX6675把温度信号调解转换为电压信号与AT89S51单片机接口设置LED八段数码管实时显示温度值。本设计包括单片机最小系统、K型热电偶、K型热电偶数字转换器、温度显示模块、按键命令输入、报警装置六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。关键词：单片机；K型热电偶；数字转换器MAX6675；温度检测目录第一章方案论证21.1温度检测模块21.2温度显示模

2、块21.3命令输入模块2第二章硬件设计32」元件介绍32.1.1MAX6675简介32.1.2K型热电偶42.2温度信号处理52.3与单片机的通讯52.4键盘电路的设计62.5LED显示电路的设计72.6报警电路82.7单片机最小系统8第三章程序设计93」主程序流程93.2键值处理流程10结论11致谢11参考文献12附录113附录214第一章方案论证本方案以AT89S51单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测。并采用K型热电偶作为温度传感器，温度采集模数转换用K型热电偶数字转换器MAX6675,命

3、令输入采用1*4独立按键，用三个数码管并行显示实时温度，再加蜂鸣器做声咅报警。温度检测整体系统整体框图如下：1.1温度检测模块本系统采用K型热屯偶作为温度传感器，温度采集模数转换用K型热电偶数字转换器MAX6675,K型热屯偶具有精度高，测温范围广，使用方便等优点。MAX6675,它是一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器，可以直接与单片机接口，大大简化系统的设计，保证了温度测量的快速、准确。本系统测温范围为0°C—99°C，精度为土0.25°Co1・2温度显

4、示模块温度显示模块采用3位数码管并行显示,数码管并行显示优点是占用I/O端口少,硬件电路简单。1.3命令输入模块本系统有四个按键，分别是“SUB”、“ADD”、“设置”、“确认”四个键位，按键输入端口为P2.4〜P2.7,按键的中断入口为INTO,触发方式为低电平触发。第二章硬件设计2.1元件介绍2」」MAX6675简介(1)主要功能MAX6675是具有冷端补偿和A/D转换功能的单片集成K型热电偶变换器，测温范围0°C〜1024°C,主要功能特点如下：①直接将热电偶信号转换为数字信号②具有冷端补偿功能③简

5、单的SP1串行接口与单片机通讯④12位A/D转换器、0.25°C分辨率⑤单一+5V的电源电压⑥热电偶断线检测⑦工作温度范围-20°C〜+85°C(2)引脚功能MAX6675采用SO-8封装形式，有8个引脚,MAX6675的引脚如下图所示。■GND18T-2MX6675T+36VCC4•5NCSOCSSCK①(GD)接地②(T-)接热电偶负极③(T+)接热电偶正极④(VCC)电源端⑤(SCK)串行时钟输入端@(CS)片选端，使能启动串行数据通讯⑦(SO)串行数据输岀端⑧(NC)未用。在VCC和GXD之间

6、接0.1uF电容(1)工作原理MAX6675是一复杂的单片热电偶数字转换器，主要包括：低噪声电压放大器A1、电压跟随器A2、冷端温度补偿二极管、基准电压源、12位AD转换器、SPT串行接口、模拟开关及数字控制器。其工作原理如下：K型热电偶产生的热屯势，经过低噪声电压放大器A1和电压跟随器A2放人、缓冲后，得到热电势信号U1,再经过S4送至ADC。对于K型热电偶,电压变化率为(41mV/°C),电压可由如下公式来近似热电偶的特性。Ul=(41mV/°C)X(T-TO)上式屮，U1为热电偶输出电压(mV),T

7、是测量点温度；TO是周围温度。再将温度电压值转换为相应的温度值Z前，对热电偶的冷端温度进行补偿，冷端温度即是MAX6675周围温度与0°C实际参考值Z间的差值。通过冷端温度补偿二极管,产生补偿电压U2经S4输入ADC转换器。U2=(41mV/°C)XTO在数字控制器的控制下，ADC首先将Ul、U2转换成数字量，即获得输出电压U0的数据，该数据就代表测量点的实际温度值T。这就是MAX6675进行冷端温度补偿和测量温度的原理。MAX6675内部原理图如下：VCC2.1.2K型热电偶K型热电偶作为一种温度传感器

8、，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以盲接测量各种牛产中从0°C到1300°C范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。其优点是:①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600°C均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269°C(如金铁银銘)，最高可达+2800C(如