基于單片機的熱電偶溫度測量系統(tǒng)設計

[摘要]隨著時代的進步、社會的發(fā)展、科學技術(shù)的不斷更新,溫度的測量范圍要求不斷擴大,同時溫度的測量準確性要求不斷提高。對溫度測量的要求也越來越高,而且測量范圍也越來越大,對溫度的檢測技術(shù)的要求也越來越高。因此,溫度檢測和溫度檢測技術(shù)的研究也是一個重要的課題。本文旨在研究一個基于單片機的熱電偶溫度測量系統(tǒng)。
0.引言
　　測量是人們認識自然界的一種科學方法。通過各種測量,能從數(shù)量上來描述周圍的物質(zhì)世界,揭示自然界存在的規(guī)律，推動科學的不斷前進。主要工作是研究--個基于單片機的熱電偶溫度測量系統(tǒng),實現(xiàn)該系統(tǒng)能滿足在線監(jiān)測和在線檢測離線分析兩種檢測方式。系統(tǒng)下位機采用以STC89C52為主控程序的單片機系統(tǒng),主要由溫度傳感器、測量放大器低通濾波器、多路A/D轉(zhuǎn)換器、通信電路組成。上位機采用VisualBasie語言編寫,主要包括數(shù)據(jù)接收模塊,電壓溫度轉(zhuǎn)換模塊等,計算機接收到電壓數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換成溫度值,以便進行顯示和存儲,實現(xiàn)了預定的設計要求。
1.電偶溫度測量系統(tǒng)總體設計及器件選擇
　　熱電偶溫度測量系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示:
 
注:采用新型STC89C51系列單片機的D版本芯片;KeilC51作為開發(fā)T具;采用ADC0809為AD轉(zhuǎn)換芯片;采用MAX232串口芯片。
2.熱電偶溫度測量系統(tǒng)軟件部分的設計
主程序模塊及功能:
(1)初始化部分:對STC89C51的特殊功能寄存器和全局變量賦初值,串口初始化。
(2)數(shù)據(jù)采集部分:啟動A/D轉(zhuǎn)換,將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。
(3)數(shù)據(jù)存儲部分:向E'PROM存儲或取-一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。
(4)串口通信部分:向串口發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)。
3.熱電偶溫度測量系統(tǒng)軟件部分的設計
3.1熱電偶溫度測量系統(tǒng)下位機軟件部分的設計
　　主程序主要是將各子模塊組織起來成為--個整體主程序流程圖如圖2。
 
3.2看門]狗設置部分
　　所使用的STC89C51芯片內(nèi)部自帶看門狗芯片,所以只要對此看門狗芯片進行編程控制就可以了。
3.3熱電偶溫度測量系統(tǒng)上位機軟件部分的設計
　　上位機部分采用VisualBasic語言編寫串口通信、均值濾波以及電壓-溫度轉(zhuǎn)換部分組成。
4.系統(tǒng)誤差分析
4.1單片機系統(tǒng)帶來的誤差
　　在選用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809,VFS為5V,因此A/D轉(zhuǎn)換誤差為：
　　由于熱電偶傳感器與溫度間的關(guān)系曲線是非線性的,所以±0.01V的轉(zhuǎn)換誤差換算成溫度誤差范圍在±0.04℃C~±0.5℃之間。平均值為±0.25℃。
4.2熱電偶傳感器帶來的測量誤差
　　對于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言,這個數(shù)值大約在5~40微伏/℃之間,會產(chǎn)生近似誤差。熱電偶傳感器溫度曲線進行非線性擬合所產(chǎn)生的均方誤差為±0.02℃。
綜上所述，理論上的測量精度為±0.27℃。
5.總結(jié)與展望
　　下位機采用以STC89C51為主控芯片的單片機系統(tǒng),單片機系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換誤差平均值為±0.25℃,上位機程序中對熱敏電阻溫度曲線進行非線性擬合所產(chǎn)生的均方誤差為±0.02℃.綜合以上兩方面因素最終得到系統(tǒng)的測量精度為±0.27℃。