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    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。
    基于单片机的K型热电偶温度计系统组成框图
    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。
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