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1、成绩 课程设计说明书（论文)题 目 基于热电偶的炉温检测系统设计 课程名 称 检测技术课程设计 院 系 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 设计 地 点 指导 教 师 课程设计任务书 课 程 名 称 检测技术与系统课程设计 院(系、部、中心) 专 业 班 级 姓 名 起 止 日 期 指 导 教 师 1课程设计应达到的目的通过对本课程的设计,使学生掌握常见被测量的检测原理、方法和技术，了解国内外对这些工程量进行测控的系统组建原理，通过对检测系统的设计与分析,增强学生理解和运用所学知识来解决实际问题的能力，逐步掌握根据具体测控要求、性能指标设计出先进测控系统的方法和技术。2课程设计题目及要求题
2、目:炉温检测系统设计要求：（1） 炉温检测范围500，测温精度1；（2） 根据题意,明确被控对象的功能及性能指标；(3）根据系统要求，选择合适的传感器;(4）设计传感器测量电路;(5）选择单片机的品种、型号,设计单片机的外围测量电路;（6）计算有关的电路参数，有条件的情况下，根据实验室现有设备进行实验数据的测取，明确测量电路输出与被测非电量的关系；（7)画出系统原理框图（此部分放在说明书的开始）；(8）画出系统电路图，最好用PROT画;(）在说明书中详细说明本系统的设计原则。3.课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求(1) 给出设计说明书一份；(2) 有条件的情
3、况下尽量给出必要的实验数据;(3) 在说明书中附上完整的系统电路原理图(手画或用ROTEL画）。4.主要参考文献1、 陈岭丽.检测技术和系统.北京：清华大学出版社,20052、 徐仁贵单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社003、 陈爱弟.Protel99实用培训教程北京:人民邮电出版社.20005课程设计进度安排起 止 日 期工 作 内容第1天布置设计任务，熟悉课题，查找资料;第2天结合测控对象,确定系统结构，选择合适的传感器，设计调理电路；第3天选择合适的单片机，设计其外围电路;第4天设计电路参数,有条件情况下,在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系,书写课程设计报告；第5
4、天设计答辩。6成绩考核办法平时表现3%，设计成果0%，答辩表现30%.教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日院(系、部、中心)意见：主管领导签字: 年 月 日目 录 引言. .62 总体设计. . .63 具体设计.73.1传感器选用.2热电偶传感器与单片机的硬件接口设计. .71)热电偶温度传感器信号放大电路72）D(模数）转换电路8)锁存器类型104)烘箱温度加热电路设计05）动态显示及键盘接口电路116）总电路图1 .3热电偶传感器与单片机的软件接口设计. 结论.165 参考文献.16基于热电偶的炉温检测系统设计1. 引言 温度是表征物体冷热程度的物理量,是实际生活中经常需要测试和
5、控制的参数,它与人们的生活息息相关。而温度传感器应用范围之广、使用数量之大,也是高居于各类传感器之首。本文使用温度传感器设计了一个完整的测温仪系统,该系统所采用的温度传感器是热电偶。在温度测量中，热电耦的应用极为广泛,它具有结构简单、测量范围广、精度高和惯性小等许多优点。2. 总体设计在本设计硬件系统中所选用的A/D转换器为逐次逼近式A/转换器DC0809。通过放大电路将电压信号放大、保持、再经过A/转换电路进行模/数转换,最后输出数字量，然后送入MS-51单片机进行处理。 另外本文还研究了MCS-51单片机控制系统在传感器测温过程中的应用，其中包括对传感器输出的小信号如何进行放大、转换、控制
6、并直接显示成温度量,采用单片机进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性等特点,而且可以大幅度提高被控温度的精度。本系统将温度变换、显示和控制集成于一体。热电偶是当今温度检测的主要器件，本课题的主要出发点是使用热电偶温度传感器设计出一个完整的测温系统。将温度变换、显示和控制集成于一体。对烘箱温度进行实时测量。用LED七段数码管显示测量的温度值。本系统采用K型热电偶，其测量范围为,显示精度为。图()系统结构框图3. 具体设计3.1传感器的选用 选用镍铬-镍硅热电偶（K型），该热电偶化学稳定性较高，可在氧化性介质中长时间的测量900以下的温度，短期测量可达120;这种热电偶具有复制性好,产生热电势大，
7、线性好,价格便宜,虽然精度低，但完全能满足工业测量要求。图(2）热电偶温度测量电路3热电偶传感器与单片机的硬件接口设计烘箱温度单片机控制系统中的烘箱温度检测电路是由温度传感器结合放大器电路、模拟数字转换电路组成,其中模拟数字转换电路是最重要的一环。由三大部分组成:(1）测量放大电路;(2)D转换电路；(3)显示电路。它广泛应用于工业的测温及温度控制系统中。 本次课程设计采用八位的MS5单片机。1)热电偶温度传感器放大电路 本系统采用LMD对热电偶的基准结点进行补偿的电路（同相放大电路），传感器采用型热电偶。此电路把的温度变为相应的05V电压。除放大以外，还有传感器断线检测与基准点补偿电路，而线
8、性处理由计算机进行。热电偶的输出信号极小，每约为，因此，运算放大器要采用高灵敏度运放。这里采用的是AD70J运算放大器。图（3）热电偶的测量基准结点补偿电路K型热电偶（满度）的感应电动势为206mV，同相运算放大器增益Av应为v=5V/20.64mV=242(因时输出要求为5V)。电路中，为决定增益大小，用使增益在23与253之间可调。与C1为低通滤波器,时间常数越大，消除噪音效果越好，但响应速度变慢。另外,增大,运算放大器的输入偏置电流要产生偏移电压，因此，值不能过大。707J的最大输入偏置电流为2.5nA，时，产生的偏移电压。基准点补偿采用温度传感器L35D,它的每温度相应输出电压为10m
9、V，用电阻分压,并用电位器调整使其a点电压为,进行基准结点温度补偿。是传感器断线检测电阻。热电偶断线时，运算放大器输出就要超出范围。然而,因接有电阻，热电偶的内阻要产生偏移电压。例如，热电偶内阻为(包括和阻值）时，,也要产生偏移电压。另外,断线时运算放大器输入偏置电流要流经,因此,不能采用输入偏置电流较大的运算放大器。2)A/D（模数)转换电路 经过测量放大器放大后的电压信号，其电压范围为5V，此信号为模拟信号，计算机无法接受，故必须进行A/转换。实际电路中，选用ADC0809芯片。AD08是MOS工艺的8位逐次比较型D转换器。由8选模拟开关，8位A/转换器及输出三态缓冲器组成，由三个地址信号
10、DA、ADB、ADDC来决定哪一路模拟信号进行A/D转换。主要控制信号有:.SA：启动信号2.AL：地址锁存信号3E:转换结束信号4.LCK：时钟信号，由外部输入5.OE:输出允许信号.和:/D转换参考电压,接+5V,接地7.：芯片电源电压，由于是MS芯片，允许电压范围为+5到+15VAC089有两种接口方式，一种是直接接口，另一种是通过接口芯片和单片机相连。在直接接口方式中，可将与地址译码信号通过或非门后启动/D转换。如图(）所示。当执行以下指令时OXR，ASTART及AL信号变高。其中中应存放模拟信号通道地址，R0中为A08地址。由于该指令为输出指令,故信号变为低电平，同时地址线上出现08
11、0的地址，使译码输出端为低电平,从而STAT及ALE信号变高，此时数据线上出现的模拟通道号锁存在089地址锁存器中，该指令执行后，开始启动AD转换。当CU执行输入指令时 MO A,R0及地址译码信号有效,从而选中OE将该通道A/转换结果读入累加器A中。 图(4）ADC0809与单片机的硬件接线3)锁存器类型74LS373用作地址锁存器时，应使为低电平,此时锁存使能端C为高电平时,输出Q07 状态与输入端1D7状态相同;当C发生负的跳变时，输入端D0D7 数据锁入Q07。5单片机的ALE信号可以直接与74LS7的连接。在MCS-1单片机系统中,常采用4LS37作为地址锁存器使用。其中输入端DD接至单片机的P0口，输出端提供的是低8位地址,G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端E接地,表示输出三态门一直打开。 图(5) 锁存器原理图 1D为个输入端。1Q8为8个输出端。P是数据锁存控制端；当P=1时,锁存器输出端同输入端；当CP由“1”变为“”时,数据输入锁存器中。
