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1、基于 ! 型热电偶的数字式温控仪设计!“#$% /( 型热电偶数字转换器本设计使用了 BCD#FG 单片 ! 型热电偶数字转换器， 以完成将热电偶输出的2H级热电势转换为可图 “数字式温控仪硬件结构框图与单片机连接的数字信号的任务。该器件将热电偶数字转换所需的热电偶放大器、 冷端补偿、 CI= 转换及数字量输出的 JE 串行接口全部集成在一个芯片内而无需使用任何的外围元件。BCD#FG 的主要特性为： 简单的 JE 串行口温度值输出； A K “LMA的测温范围；“L 位 NLGA的分辨率； 片内冷端补偿； 高阻抗差动输入； 具有热电偶断线检测功能； 单一 O GH 的电源电压；低功耗特性；
2、工作温度范围 ? LA K O PGA； LH 的Q= 保护。表 /0!12234 56端输出数据的格式空标志位“L 位温度读断线检测设备身份状态位“G“M“$BRSRL“ 三态BCD#FG采用标准的 JE 串行总线与单片机接口， 且 BCD#FG 只能作为从设备。BCD#FG T 端输出温度数据的格式如表 “ 所示， BCD#FG JE 接口时序如图 L 所示。BCD#FG 从 JE 串行接口输出数据的过程如下：BUV 使 U 变低并提供时钟信号给 U!， 由 T 读取测%“基于 ( 型热电偶的数字式温控仪设计李敏， 等图 !“#$%。该模块的显示点阵数为 ,!9 )78“ 保存设置参数，
3、而用 (7#“加上后备电池来保存采集的数据。这种方法既使系统硬件结构复杂， 又使得保存数据的可靠性降低。本系统仅使用一片铁电存储器 ?“!.+!% 来保存设置参数和采集的温度值。铁电存储器是一种兼具7#“和 78“性能而被认为可能取代各类存储器的超级存储器， 其主要优点是： 可以跟随总线速度写入； 几乎可以无限次的写入； 超低功耗。?“!.+!% 主要参数如下： 存储容量 /! ?AB:， (- *C:B:- .AD E:?F CG9HIAJ?FE ;K )*7 G;FLMN;JJHN-*OOO =N:FC-;F (DCMHC， ,66， / （&） ： ,6/ 4 ,63-%刘金琨-先进 )
4、*7控制及其 !:MP:Q 仿真-电子工业出版社， /223王立新-模糊系统与模糊控制教程-王迎军译-清华大学出版社，/22四川省教育厅自然科学基金资助 （编号： /22“,0$） 。收稿日期： /220 5 2$ 5 2,。作者巨辉， 男， ,6$/ 年生， ,633 年毕业于清华大学自动化系， 工学硕士， 现为四川省自动化与仪器仪表学会理事， 副教授； 主要从事智能仪表及计算机智能控制领域的教学和科研工作。（上接第 !$ 页）参考文献,西安交通大学透平压缩机教研室-离心压缩鼓风机-机械工业出版社， ,632/任若思， 等-多元统计数据分析 5 理论、 方法、 实例-国防工业出版社， ,66
5、%吴正毅-测试技术与测试信号处理-清华大学出版社， ,66,0吕崇德， 等-热工参数测量与处理-清华大学出版社， ,662修改稿收到日期： /220 5 2, 5 ,。第一作者查美生， 男， ,60& 年生， ,6%2 年毕业于清华大学， 获学士学位， 教授； 主要从事自动化仪表方面的教学科研工作， 已在国内外核心期刊上发表论文 /2 余篇。自动化仪表（邮发代号：!“#$!，定价：!-%$ 元，全年价：%!-$ 元；国外代号：%&(） 中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊、全国优秀科技期刊、入选 “中国期刊方阵”欢迎赐稿，欢迎订阅，欢迎宝贵建议，欢迎惠刊各类广告,/基于 & 型热电偶的数字式温
6、控仪设计李敏， 等基于K型热电偶的数字式温控仪设计基于K型热电偶的数字式温控仪设计作者：李敏， 孟臣 作者单位：黑龙江八一农垦大学信息技术学院,大庆,163319 刊名：自动化仪表 英文刊名：PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION 年，卷(期)：2004，25(10) 被引用次数：3次参考文献(2条)参考文献(2条)1.孟臣.李敏 高性能铁电存储器FM24C256及其在单片机中的应用期刊论文-电子技术 2003(01)2.李敏.孟臣 串行中文图形液晶显示模块在单片机系统中的应用期刊论文-电子产品世界 2002(11)相似文献(7条)相似文献(7条)1.学位论文 朱
7、科 智能温度测量仪表的研究和设计 2009在工业过程控制中，温度是一个重要的测量参数，而热电偶具有准确度高、测温范围广和成本低廉等优点，使其成为工业应用中温度测量的首选。 为准确测量温度，本文将传统的热电偶测温技术、神经网络技术与单片机技术结合起来，设计了读数直观、准确的数字式智能测温仪表，该仪表采用单 片机芯片AT89S52作为微处理器，K型热电偶（镍铬镍硅）作为温度传感器，数字温度传感器DS18B20进行热电偶冷端温度的测量，以对热电偶进行冷端 补偿，能够准确测量并显示温度。设计了智能测温仪表的硬件。智能测温仪表硬件电路由五个主要部分组成：单片机、信号调理电路、模数转换、键盘输入及液晶显示
8、。分别介绍 了各组成部分的主要芯片，设计了其接口电路。并分析了仪表产生干扰的原因，从硬件抗干扰方面，通过分析干扰产生原因并采取措施，提高了该智能 测温仪表的抗干扰性能。设计了智能测温仪表的软件部分，软件部分有下位机软件和上位机软件组成，采用模块化的程序设计方法。下位机的整个应用程序主要包括系统 主程序的设计、数据采集以及键盘显示子程序等模块组成，测温程序适用于AT89S52单片机。通过串口通信将下位机采集的数据送至上位机，上位机采用 模块化的设计方法，将系统划分成几个相互独立的功能模块，各模块内部分别完成确定的任务，并通过LabVIEW软件设计了上位机的显示界面并且实现数 据的存储功能。分析了
9、热电偶和PID神经网络的基本知识，设计了热电偶的信号理电路，采用数字温度传感器解决了热电偶的冷端补偿问题。同时，应用MATLAB对 热电偶的热电势与温度之间的关系进行了训练、仿真，建立了基于PID神经网络的数学模型，该模型解决了K型热电偶（镍铬镍硅）的非线性问题。2.期刊论文 宋凯云.补家武.刘艳妮.SONG Kai-yun.BU Jia-wu.LIU Yan-ni 基于K型热电偶的模糊控制数字式温控仪 -自动化与仪表2007,22(6)介绍了一种实用的改进型模糊控制算法,其应用具有普遍性.本系统一改常规的方法,以系统可编程(ISP)单片机为核心控制温度,采用全数字方式实现 .在线可调试、结构
10、简单、测量精度高、控制速度快、实用性强、已成功应用于实际中.3.学位论文 刘军 基于神经网络的智能温度仪表的研制 2006柴油机运行过程中，必须严密监测各运行参数的变化，发现异常立即找出原因并正确处理，才能避免机械事故的发生。而柴油机气缸排气温度的高 低，可反映柴油机燃烧是否正常、各气缸负荷是否均匀等，是柴油机运行时必须监测的一个重要参数。为准确测量柴油机气缸排气温度，本论文将传统 的热电偶测温技术、神经网络技术与单片机技术结合起来，设计了读数直观、准确并能进行自动和手动校准的数字式智能测温仪表，该仪表采用单片机 芯片AT89C51作为微处理器，K型热电偶(镍铬-镍硅)作为温度传感器，能够准确
11、测量并显示柴油机12缸的排气温度，并能够实现温度超限报警。论文主要由热电偶数学模型的建立、智能测温仪表的硬、软件设计和智能测温仪表的抗干扰设计三个部分组成。第一部分分析了热电偶和BP神经网络的基本知识，设计了热电偶的信号调理电路，采用AD590解决了热电偶的冷端补偿问题。同时，应用MATLAB对热 电偶的热电势与温度之间的关系进行了训练、仿真，建立了基于神经网络的数学模型，该模型解决了K型热电偶(镍铬-镍硅)的非线性问题。第二部分设计了智能测温仪表的硬、软件。硬件部分设计了智能测温仪表的电路，该智能测温仪表由五个主要部分组成：电源、测温电路、模数转 换、键盘输入及数码管显示，介绍了各组成部分的
12、主要芯片，设计了其接口电路；软件部分介绍了程序的编写工具KeilC51，并采用模块化的程序设计方 法，编写了适用于单片机的热电偶测温程序，解决了热电偶热电势与温度之间的非线性问题，减小了热电偶的氧化带来的测温误差，使得该智能测温仪 表能够实现所需要的功能。第三部分分析了智能测温仪表产生干扰的原因，从硬件抗干扰和软件抗干扰两个方面采取了措施，提高了该智能测温仪表的抗干扰性能。4.期刊论文 沙占友.李春明.王彦明 K型热电偶自动补偿式测温电路的设计与校准 -计量技术2001(9)介绍一种新型数字式测温仪表的电路设计原理与校准方法.其特点是在测温电桥中, 利用硅管PN结的负温度系数去补偿K型热电偶的
13、正温度系数,全部 量程实现了自动温度补偿,并能直接测量室温.它具有准确度高、分辨力强等优点.5.学位论文 刘磊 基于遗传算法的船舶柴油机智能排气温度检测仪的研究 2008柴油机气缸排气温度的高低，是柴油机运行时必须监测的一个重要参数。船舶柴油机排气温度过高的原因是燃油在气缸中未能完全燃烧而造成其在 排气管中二次燃烧。船舶柴油机排气温度过高影响柴油机的正常工作，如造成气阀烧蚀，增压器部件故障等；排气温度过高还会引起发动机活塞与气缸 的气蚀磨损，使增压器的转速下降，而造成充气系数下降，不能正常工作等。本论文将传统的热电偶测温技术、遗传算法技术与单片机技术结合起来，设计了读数直观、准确并能进行自动和
14、手动校准的数字式智能测温仪表。 该仪表采用单片机芯片AT89C52作为微处理器，采用热电偶作为温度传感器，能够准确测量并显示柴油机12缸的排气温度，并能够实现温度超限报警。论文主要由热电偶数学模型的建立、智能测温仪表的硬件设计和智能测温仪表的软件设计三个部分组成。第一部分分析了热电偶和遗传算法的基本知识，设计了热电偶的信号调理电路，采用AD590解决了热电偶的冷端补偿问题。同时，建立了基于遗传算 法的数学模型，解决了K型热电偶(镍铬-镍硅)的非线性问题。第二部分设计了智能测温仪表的硬件，设计了智能测温仪表的电路，该智能测温仪表由五个主要部分组成：测温电路、模数转换、电源、键盘输入 及数码管显示
15、，介绍了各组成部分的主要芯片，设计了其接口电路。第三部分设计了智能测温仪表的软件，采用模块化的程序设计方法，编写了适用于单片机的热电偶测温程序，解决了热电偶热电势与温度之间的非 线性问题，减小了热电偶的氧化带来的测温误差，使得该智能测温仪表能够实现所需要的功能。6.期刊论文 李传鸿.LI Chuan-hong 基于DS1620和80C51的热电偶冷端自补偿高精度数字测温系统 -南阳理工学院学报2009,1(3)利用数字式温度测控芯片DS1620作为K型热电偶的冷端温度实时测量和超限报警单元,利用集成运放ADOP07和模数转换器AD574A组成热电动势预处理 单元,利用80C51单片机作为智能处
16、理单元,根据热电偶中间温度定律,实现了具有热电偶冷端温度自补偿功能的大范围高精度自动数字测温系统.7.学位论文 黄艳岩 LabVIEW平台下工业热电偶自动检定系统的研究 2004在工业现场，热电偶是一种常用的温度传感器。在使用过程中由于受到测量环境、介质气氛、使用温度以及绝缘材料和保护管材料的玷污等影响 ，使用一段时间后，其热电特性会发生变化，尤其是在高温、腐蚀性气氛以及特殊工况下，这种影响就更为严重。当热电偶的热电特性变化超过规定的 范围时，热电偶指示的温度便会失真，测温误差越来越大。因此，为保证对国际温标ITS90的溯源性，热电偶作为温度计量器件，必须按照国家检定规程 和校准规范要求进行定期检定。早期的工业热电偶检定由人工操作完成，这种方式是凭借操作人员的经验将温度逐个控制到每一个温度检定点，然后尽量将其稳定下来，加以检定 。在检定过程中，操作员一方面要记录每一热电偶的数据，另一方面还要进行热电偶的切换。这种方法难以保证稳定时的精度，另外手工操作时
