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基于K型熱電偶的中低溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計
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基于K型熱電偶的中低溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計

時間:2016-12-09

摘 要:溫度在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,而一般的溫度傳感器測量范圍較窄,只能實現(xiàn)低溫測量。K型熱電偶是國內(nèi)外儀器儀表行業(yè)中#常見的一種測溫元件。本系統(tǒng)通過K型熱電偶傳感器對溫度信號進(jìn)行采集,MAX6675芯片對信號變換后,通過SPI串行接口與STM32F103RCT6單片機(jī)進(jìn)行通信,實現(xiàn)中低溫度的測量。為了實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離控制,通過紅外遙控模塊輸入對比溫度,當(dāng)測量溫度大于或小于設(shè)定值時,進(jìn)行聲光報警。通過實驗驗證,本系統(tǒng)具有較高的精度,能滿足中低溫度的測量。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 溫度是一個非常基本的物理量,很多的物理量都與它有著密切的聯(lián)系,所以對溫度的精準(zhǔn)測量以及精que的控制在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、人們的日常生活、科學(xué)研究方面都有著十分重要的意義。目前,熱電偶傳感器是國內(nèi)外儀器儀表行業(yè)中#常見的一種測溫元件,也是目前接觸式測溫領(lǐng)域中應(yīng)用#為廣泛的一種熱電式傳感器。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

K型熱電偶作為一種主要的測溫元件,具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點(diǎn)。但K型熱電偶應(yīng)用時,卻存在著以下幾方面的問題。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
1)非線性。熱電偶輸出熱電勢與溫度之間非5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
線性,因此,應(yīng)用時必須進(jìn)行線性化處理。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
2)冷補(bǔ)償。熱電偶輸出的熱電勢為冷端保持0℃時與測量端的電勢差值,而在實際應(yīng)用中冷端的溫度是隨著環(huán)境溫度而變化的,故需進(jìn)行冷端補(bǔ)償。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
3)信號輸出。K 型熱電偶輸出信號為模擬信號,為了方便與后續(xù)單片機(jī)電路相連,需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。Maxim公司新近推出的MAX6675[5]即是一個集成了熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

1 系統(tǒng)設(shè)計5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
        本設(shè)計以單片機(jī)STM32F103RCT6[6]為整個系統(tǒng)的核心,使用K型熱電偶傳感器對所測環(huán)境溫度信號進(jìn)行采集,經(jīng)轉(zhuǎn)換芯片MAX6675轉(zhuǎn)換后輸入給單片機(jī)處理。同時本設(shè)計還有報警功能,通過紅外遙控模塊HS0038輸入對比溫度值,與采集到的溫度進(jìn)行比較并進(jìn)行聲光報警,測得溫度通過液晶屏JLX12864顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
2.1 K型熱電偶與MAX66755qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
MAX6675與熱電偶連接電路如圖2所示。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

MAX6675與熱電偶連接電路5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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2.2 紅外遙控傳感器5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行溫控時,需要設(shè)定參考溫度,當(dāng)大于或者小于某個值時進(jìn)行報警,而某些場合無法使用按鍵輸入,本系統(tǒng)采用紅外遙控器輸入設(shè)定值。HS0038是一種紅外接收器,輸出的TTL信號可以被單片機(jī)接收到,它的電路如圖3所示。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

HS0038紅外遙控電路5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

2.3 顯示電路5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
本設(shè)計的顯示屏選用比較常見的12。福叮醋址鸵壕э@示。液晶顯示屏是一種集數(shù)字顯示、符號與字母顯示的顯示器,功耗低,具有很高的性價比。顯示電路如圖4所示。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

顯示電路5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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2.4 報警電路5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
當(dāng)檢測到的溫度在允許范圍內(nèi)時,電路不報警;當(dāng)檢測到的溫度超出設(shè)定的溫度值時,蜂鳴器響。蜂鳴器報警電路如圖5所示。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

蜂鳴器報警電路5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
系統(tǒng)的軟件部分采用C語言編寫,程序設(shè)計模塊化。本系統(tǒng)先從MAX6675芯片中讀取數(shù)據(jù),并判斷熱電偶是否開路,然后將數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)中進(jìn)行處理,同時由紅外遙控傳感器輸入對比溫度值與采集到的溫度進(jìn)行比較,并進(jìn)行聲光報警。系統(tǒng)軟件主流程如圖6所示。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

系統(tǒng)軟件主流程溫度測試數(shù)據(jù)5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

4 實驗驗證5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
完成基于K 型熱電偶的中低溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計后,受實驗條件限制,在室內(nèi)測量了不同條件下水和煙頭的溫度,并與0.1℃精度的水銀溫度計在10~70℃溫度范圍進(jìn)行比對。測試結(jié)果如表1所示。在測試范圍內(nèi),相對誤差不超過0.2%。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

5 結(jié)束語5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
本文以STM32F103RCT6單片機(jī)為整個系統(tǒng)的核心,通過K型熱電偶傳感器對溫度信號進(jìn)行采集,通過MAX6675芯片對信號進(jìn)行放大、冷端補(bǔ)償?shù)忍幚,完成溫度的獲取。本系統(tǒng)還有報警功能,通過紅外遙控模塊輸入對比溫度值,與采集到的溫度進(jìn)行比較并進(jìn)行聲光報警,顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)定溫度值。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng),測量精度高,測量溫度范圍廣,設(shè)定溫度值采用紅外遙控形式輸入,可以實現(xiàn)非接觸設(shè)定。經(jīng)實際測試表明,本設(shè)計測量溫度的范圍較寬,能實現(xiàn)中低溫度的測量,精度較高,相對誤差小于0.2°C。5qP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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