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基于K型熱電偶的中低溫度測量系統的設計
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基于K型熱電偶的中低溫度測量系統的設計

時間:2016-12-09

摘 要:溫度在工業領域應用非常廣泛,而一般的溫度傳感器測量范圍較窄,只能實現低溫測量。K型熱電偶是國內外儀器儀表行業中#常見的一種測溫元件。本系統通過K型熱電偶傳感器對溫度信號進行采集,MAX6675芯片對信號變換后,通過SPI串行接口與STM32F103RCT6單片機進行通信,實現中低溫度的測量。為了實現較遠距離控制,通過紅外遙控模塊輸入對比溫度,當測量溫度大于或小于設定值時,進行聲光報警。通過實驗驗證,本系統具有較高的精度,能滿足中低溫度的測量。Swu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;镜奈锢砹,很多的物理量都與它有著密切的聯系,所以對溫度的精準測量以及精que的控制在農業和工業生產、人們的日常生活、科學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外儀器儀表行業中#常見的一種測溫元件,也是目前接觸式測溫領域中應用#為廣泛的一種熱電式傳感器。Swu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,具有結構簡單、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點。但K型熱電偶應用時,卻存在著以下幾方面的問題。Swu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Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
線性,因此,應用時必須進行線性化處理。Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
2)冷補償。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,而在實際應用中冷端的溫度是隨著環境溫度而變化的,故需進行冷端補償。Swu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,為了方便與后續單片機電路相連,需要將模擬信號轉換成數字信號。Maxim公司新近推出的MAX6675[5]即是一個集成了熱電偶放大器、冷端補償、A/D轉換器及SPI串口的熱電偶放大器與數字轉換器。Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

1 系統設計Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
        本設計以單片機STM32F103RCT6[6]為整個系統的核心,使用K型熱電偶傳感器對所測環境溫度信號進行采集,經轉換芯片MAX6675轉換后輸入給單片機處理。同時本設計還有報警功能,通過紅外遙控模塊HS0038輸入對比溫度值,與采集到的溫度進行比較并進行聲光報警,測得溫度通過液晶屏JLX12864顯示。系統結構如圖1所示。Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

系統結構Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

2 系統硬件設計Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
2.1。诵蜔犭娕寂cMAX6675Swu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。Swu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Swu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Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
工業領域進行溫控時,需要設定參考溫度,當大于或者小于某個值時進行報警,而某些場合無法使用按鍵輸入,本系統采用紅外遙控器輸入設定值。HS0038是一種紅外接收器,輸出的TTL信號可以被單片機接收到,它的電路如圖3所示。Swu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Swu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Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
本設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。Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

顯示電路Swu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Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
當檢測到的溫度在允許范圍內時,電路不報警;當檢測到的溫度超出設定的溫度值時,蜂鳴器響。蜂鳴器報警電路如圖5所示。Swu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Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

3 系統軟件設計Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
系統的軟件部分采用C語言編寫,程序設計模塊化。本系統先從MAX6675芯片中讀取數據,并判斷熱電偶是否開路,然后將數據傳到單片機中進行處理,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行比較,并進行聲光報警。系統軟件主流程如圖6所示。Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

系統軟件主流程溫度測試數據Swu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Swu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的設計后,受實驗條件限制,在室內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℃溫度范圍進行比對。測試結果如表1所示。在測試范圍內,相對誤差不超過0.2%。Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

5 結束語Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
本文以STM32F103RCT6單片機為整個系統的核心,通過K型熱電偶傳感器對溫度信號進行采集,通過MAX6675芯片對信號進行放大、冷端補償等處理,完成溫度的獲取。本系統還有報警功能,通過紅外遙控模塊輸入對比溫度值,與采集到的溫度進行比較并進行聲光報警,顯示當前溫度值和設定溫度值。該系統結構簡單,抗干擾能力強,測量精度高,測量溫度范圍廣,設定溫度值采用紅外遙控形式輸入,可以實現非接觸設定。經實際測試表明,本設計測量溫度的范圍較寬,能實現中低溫度的測量,精度較高,相對誤差小于0.2°C。Swu壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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