基于K型熱電偶的中低溫度測量系統(tǒng)

摘要:溫度在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,而一般的溫度傳感器測量范圍較窄,只能實(shí)現(xiàn)低溫測量。K型熱電偶是國內(nèi)外儀器儀表行業(yè)中最常見的一-種測溫元件。本系統(tǒng)通過K型熱電偶傳感器對溫度信號進(jìn)行采集,MAX6675芯片對信號變換后,通過SPI串行接口與STM32F103RCT6單片機(jī)進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)中低溫度的測量。為了實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離控制,通過紅外遙控模塊輸人對比溫度,當(dāng)測量溫度大于或小于設(shè)定值時,進(jìn)行聲光報(bào)警。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)具有較高的精度,能滿足中低溫度的測量。
　　溫度是一個非常基本的物理量,很多的物理量都與它有著密切的聯(lián)系,所以對溫度的正確測量以及精確的控制在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、人們的日常生活、科學(xué)研究方面都有著十分重要的意義以。目前，熱電偶傳感器是國內(nèi)外儀器儀表行業(yè)中最常見的一種測溫元件,也是目前接觸式測溫領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種熱電式傳感器。
　　K型熱電偶作為一種主要的測溫元件,具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點(diǎn)。但K型熱電偶應(yīng)用時,卻存在著以下幾方面的問題。
1)非線性。熱電偶輸出熱電勢與溫度之間非線性，因此,應(yīng)用時必須進(jìn)行線性化處理。
2)冷補(bǔ)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(shí)際應(yīng)用中冷端的溫度是隨著環(huán)境溫度而變化的，故需進(jìn)行冷端補(bǔ)償。
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(xù)單片機(jī)電路相連,需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
MAX6675[0]即是一個集成了熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)STM32F103RCT6[6]為整個系統(tǒng)的核心,使用K型熱電偶傳感器對所測環(huán)境溫度信號進(jìn)行采集,經(jīng)轉(zhuǎn)換芯片MAX6675轉(zhuǎn)換后輸人給單片機(jī)處理。同時本設(shè)計(jì)還有報(bào)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(jìn)行比較并進(jìn)行聲光報(bào)警,測得溫度通過液晶屏JLX12864顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1K型熱電偶與MAX6675
　　MAX6675與熱電偶連接電路如圖2所示。
 
2.2紅外遙控傳感器
　　工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行溫控時,需要設(shè)定參考溫度,當(dāng)大于或者小于某個值時進(jìn)行報(bào)警,而某些場合無法:使用按鍵輸人,本系統(tǒng)采用紅外遙控器輸人設(shè)定值。HS0038是--種紅外接收器,輸出的TTL信號可以被單片機(jī)接收到,它的電路如圖3所示。
 
2.3顯示電路
　　本設(shè)計(jì)的顯示屏選用比較常見的12864字符型液晶顯示。JLX12864液晶顯示屏是一種集數(shù)字顯示符號與字母顯示的顯示器,功耗低,具有很高的性價(jià)比。顯示電路如圖4所示
 
2.4報(bào)警電路
　　當(dāng)檢測到的溫度在允許范圍內(nèi)時，電路不報(bào)警;當(dāng)檢測到的溫度超出設(shè)定的溫度值時，蜂鳴器響。蜂鳴器報(bào)警電路如圖5所示。
 
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)的軟件部分采用C語言編寫,程序設(shè)計(jì)模塊化。本系統(tǒng)先從MAX6675芯片中讀取數(shù)據(jù),并判斷熱電偶是否開路,然后將數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)中進(jìn)行處理,同時由紅外遙控傳感器輸人對比溫度值與采集到的溫度進(jìn)行比較,并進(jìn)行聲光報(bào)警。系統(tǒng)軟件主流程如圖6所示。
 
4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
　　完成基于K型熱電偶的中低溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后,受實(shí)驗(yàn)條件限制,在室內(nèi)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(jì)在10~70℃溫度范圍進(jìn)行比對。測試結(jié)果如表1所示。在測試范圍內(nèi),相對誤差不超過0.2%。
 
結(jié)束語
　　本文以STM32F103RCT6單片機(jī)為整個系統(tǒng)的核心,通過K型熱電偶傳感器對溫度信號進(jìn)行采集,通過MAX6675芯片對信號進(jìn)行放大、冷端補(bǔ)償?shù)忍幚?，完成溫度的獲取。本系統(tǒng)還有報(bào)警功能，通過紅外遙控模塊輸人對比溫度值,與采集到的溫度進(jìn)行比較并進(jìn)行聲光報(bào)警,顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)定溫度值。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強(qiáng)，測量精度高,測量溫度范圍廣,設(shè)定溫度值采用紅外遙控形式輸人，可以實(shí)現(xiàn)非接觸設(shè)定。經(jīng)實(shí)際測試表明,本設(shè)計(jì)測量溫度的范圍較寬,能實(shí)現(xiàn)中低溫度的測量,精度較高,相對誤差小于0.2℃。