大學畢業(yè)論文--熱電偶自動檢定系統(tǒng)

PAGEPAGEI畢業(yè)設(shè)計論文題目：熱電偶自動檢定系統(tǒng)內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）熱電偶自動檢定系統(tǒng)摘要溫度在各種工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中的應用非常普遍，是一個非常重要的工業(yè)參數(shù)。在生產(chǎn)過程中能否對溫度進行準確地測量直接影響工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率。作為測溫元件，熱電偶被廣泛應用于冶金、化工、電力、石油等工業(yè)生產(chǎn)部門。由于熱電偶一般用于測量高溫，工作環(huán)境的影響和長期地工作都將使其產(chǎn)生示值的漂移。為保證熱電偶測量值的準確，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此要對熱電偶進行定時的校驗和檢定。熱電偶可直接將溫度轉(zhuǎn)換成電信號,所以很容易進行測量、放大,這既有利于遠距離傳送,集中管理,也適合自動控制和微機監(jiān)控。故熱電偶自動檢定系統(tǒng)將熱電偶的熱電特性同計算機控制聯(lián)系起來,實現(xiàn)了熱電偶檢定的自動化。本設(shè)計采用單片機作為系統(tǒng)的智能核心，被測熱電偶與標準熱電偶捆綁后放入檢定爐中，其輸出引線通過補償導線引入冰瓶中，進行冷端溫度補償；被測熱電偶與標準熱電偶各個檢溫點的熱電勢信號由低電勢數(shù)據(jù)采集電路取得，并在采集電路中對其進行放大、A/D轉(zhuǎn)換處理后，變成單片機能識別的數(shù)字量送入單片機處理；單片機通過執(zhí)行程序，計算出被測偶與標偶的熱電勢的最大偏差，然后與允許的最大偏差相比較，判斷出被測熱電偶是否合格，完成對熱電偶的自動檢定。關(guān)鍵詞：溫度；熱電偶；自動檢定；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)處理內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）Thermo-elementautomaticexaminationsystemAbstractTemperatureinavarietyofindustrialproductionandtheapplicationofscientificresearchisverycommon,isaveryimportantindustrialparameters.Intheproductionprocessisabletomakeaccuratetemperaturemeasurementdirectlyaffectthequalityofindustrialproductsandproductionefficiency.Asdetectors.Thisthermocouplehasbeenwidelyusedinmetallurgical,chemical,power,oilandotherindustrialsectors.Asgeneralthermocouplesformeasuringtheheat,theworkingenvironmentandthelong-termimpactoftheworkwillproducethedriftindication.Toensurethatthethermocouplemeasurementsareaccurate,andimproveproductqualityandproductionefficiency.thusthereisaneedtoconductregularthermocouplecalibrationandtesting.Thermocoupletemperaturecanbedirectlyconvertedintoelectricalsignals,soitiseasytomeasure,zooming,whichisconducivetolong-distancetransmission,centralizedmanagement,isalsosuitableforcomputercontrolandmonitoring.Thereforethermocoupleautomaticverificationsystemwillthermocouplethermoelectricpropertiesassociatedwithcomputercontrol,Implementationofthethermocoupletestautomation.Thedesignusedasamicrocontrollercoreoftheintelligent,measuredthermocouplebundledwiththestandardthermocoupleafterAddtestfurnace,LeadoutputthroughtheintroductionofcompensationTraverseicebottle,cold-temperaturecompensation;thermocouplemeasuredwithstandardthermocoupletemperatureseizedvariouspointsofthermoelectricpowersignalfromlowvoltagedataacquisitioncircuitacquisition,AcquisitionCircuitanditsamplificationandA/Dconversionprocessing,SCMcanidentifyintothedigitalintothemicroprocessor;SCMthroughtheimplementationofprocedures,calculatedmeasuredwithdualstandardofthermoelectricpowerofthemaximumdeviation,andthenallowthedeviationcompareddeterminewhetherthemeasuredthermocouplequalifiedonthecompletionofthethermocoupleautomaticverification.Keywords:Temperature;Thermo-element;Automaticexamination;Dataacquisition;Dataprocessing目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 11.1課題研究的意義 11.1.1課題的研究背景 11.1.2熱電偶自動檢定系統(tǒng)的功能 11.1.3熱電偶自動檢定系統(tǒng)的發(fā)展方向 21.2熱電偶自動檢定系統(tǒng)簡介 31.2.1熱電偶檢定及檢定方法 31.2.2熱電偶自動檢定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 31.2.3熱電偶自動檢定系統(tǒng)的工作原理 51.3本課題的研究內(nèi)容 7第二章熱電偶測溫計及測量對象溫度簡介 82.1溫度對象基本概念 82.2熱電偶溫度計及其測溫原理 92.2.1熱電偶測溫的基本原理 102.2.2熱電偶的基本定律 122.2.3標準化熱電偶 132.2.4熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 15第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 163.1冷端溫度補償 163.1.1冷端溫度補償方法 163.1.2補償方法選擇 183.2信號放大電路設(shè)計 183.2.1信號放大電路功能 183.2.2信號放大電路的選擇要求 183.2.3信號放大電路的類型 183.2.4信號放大器放大倍數(shù)的設(shè)定 203.3A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計 213.3.1TLC0832功能及特性簡介 213.3.2TLC0832的連接電路 223.4顯示接口電路設(shè)計 233.4.1LED數(shù)碼管簡介 233.4.2LED數(shù)碼管驅(qū)動電路 243.5控制鍵盤的設(shè)計 253.5.1鍵盤接口技術(shù)簡介 253.5.2鍵盤電路形式 273.5.3鍵盤按鍵編碼 273.5.4鍵盤監(jiān)控方式 283.5.5系統(tǒng)功能鍵盤設(shè)計 28第四章熱電偶檢定系統(tǒng)程序設(shè)計 294.1A/D轉(zhuǎn)換子程序 294.1.1A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計方案 294.1.2A/D轉(zhuǎn)換子程序功能實現(xiàn) 304.2線性化及標度變換子程序 304.2.1數(shù)據(jù)線性化處理概述 304.2.2線性化處理方法 314.2.3線性化處理及標度變換子程序設(shè)計方案 334.3處理子程序 334.4顯示子程序（顯示小數(shù)點后2位） 354.4.1顯示子程序設(shè)計方案 354.4.2顯示子程序功能 364.5主程序設(shè)計 364.5.1主程序的功能 364.5.2主程序設(shè)計方案 37第五章系統(tǒng)調(diào)試實驗 385.1試驗目的 385.2試驗設(shè)備 385.3試驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理 385.4結(jié)論 38參考文獻 39附錄A：熱電偶自動檢定系統(tǒng)硬件電路圖 40附錄B：主程序流程圖 41附錄C：處理子程序流程圖 42附錄D：A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 43附錄E：線性化及標度變換子程序流程圖 44附錄F:顯示子程序流程圖 45附錄G：鍵盤子程序流程圖 46附錄H：熱電偶自動檢定系統(tǒng)程序設(shè)計 47致謝 58內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）RDTATC緒論課題研究的意義課題的研究背景隨著時代的發(fā)展，熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中應用越來越廣泛，而其測量結(jié)果是否準確[1]也成為我們十分關(guān)注的問題，所以對熱電偶進行定期地檢定便非常重要。在傳統(tǒng)的熱電偶校驗及檢定方式中，都沒有專用的設(shè)備，而是通過人工操作許多的檢定儀器，來實現(xiàn)對熱電偶的檢定。這就導致了許多檢定儀器的利用率很低，而且接線非常繁雜。如：檢定爐溫度控制系統(tǒng)多采用模擬PID控制算法，需要人工調(diào)整并依據(jù)經(jīng)驗做出判斷，這對操作人員的能力要求非常高。同時，檢定過程中數(shù)據(jù)的記錄也是采用手工方式，由于檢定耗時較長，在記錄過程中溫度往往已經(jīng)偏離了檢定點，并且對檢定結(jié)果的處理運算量非常巨大。這些因素造成的測量誤差已經(jīng)直接影響到溫度量值傳遞的準確性。由于傳統(tǒng)的熱電偶檢定方式效率的低下而且精確度低，已無法滿足現(xiàn)代化企業(yè)對溫度計量上的需要，由此便給我們提出了新的研究課題：要求我們設(shè)計一套只需工作人員作簡單設(shè)定和接線后，便不再需要人參與，而由系統(tǒng)自動完成對熱電偶檢定工作的檢定系統(tǒng)。熱電偶自動檢定系統(tǒng)的功能熱電偶自動檢定系統(tǒng)是一種集計算機或單片機技術(shù)、電子測量技術(shù)、自動控制技術(shù)于一體的自動化檢定系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機或微型計算機為主體，由低熱電勢多路數(shù)據(jù)采集裝置，高穩(wěn)定控溫系統(tǒng)，顯示單元和主控制軟件構(gòu)成，主要用于自動檢定各種工作熱電偶。整個檢定過程除需要檢定員將熱電偶、熱電阻捆扎、接線外，其余均在計算機控制下由系統(tǒng)自動完成。因此，可以實現(xiàn)對熱電偶的快速檢測，避免人為誤差，提高了測量校驗的準確度，并減輕了檢定人員的勞動強度。故該系統(tǒng)可廣泛用于計量、軍士、電力、石油、冶金、化工等部門。熱電偶自動檢定系統(tǒng)的發(fā)展方向自熱電偶自動檢定的課題提出以來，經(jīng)過10多年的研究，熱電偶自動檢定技術(shù)已取得了長足的發(fā)展，某些國家已達到了很先進的水平。由于我國儀表技術(shù)起步比較晚，直到近幾年來，在國家大力扶持下，我國的一些技術(shù)先進的儀器儀表廠家逐漸興起，國內(nèi)對熱電偶自動檢定技術(shù)的研究也進入了百家爭鳴的時代，所研制的檢定設(shè)備也層出不窮，花樣不斷翻新。就調(diào)研和查閱資料所得的信息來看，熱電偶自動檢定系統(tǒng)的研究將主要向兩個方向發(fā)展:=1\*GB2⑴微處理器型這種類型的檢定設(shè)備是以各種各樣的微處理器為智能核心（如80C51單片機）,自組專用CPU系統(tǒng)，將檢測、控制和數(shù)據(jù)處理等各項功能設(shè)計在一塊線路板上或一個機箱內(nèi)。其特點是體積小，成本低，自動化儀表程度高。其缺點是開發(fā)階段投資多，工作量大，線路復雜，專業(yè)性強，技術(shù)難度高，而且在顯示及打印輸出方面功能有限，故不易推廣使用。=2\*GB2⑵通用微型計算機型這種類型的熱電偶檢定設(shè)備是直接利用目前迅速發(fā)展的微機控制技術(shù)進行開發(fā)。它通過專門設(shè)計的一個通信檢測接口，利用計算機強大的智能控制和數(shù)據(jù)處理功能，結(jié)合可視化操作界面和高級程序設(shè)計語言，配合鍵盤、鼠標和打印機輸入輸出功能，實現(xiàn)對熱電偶的自動檢定。這種類型的檢定系統(tǒng)的特點是開發(fā)環(huán)境優(yōu)越，技術(shù)難度和工作量小，檢定精度高，人機交互界面友好，功能齊全完善，故易于推廣使用。其缺點是成本高，體積大，檢定系統(tǒng)會占用一定的微機資源。熱電偶自動檢定系統(tǒng)簡介熱電偶檢定及檢定方法所謂“檢定”，是指為評定熱電偶的熱電特性是否合格而進行的全部工作。其中包括外觀檢查和在規(guī)定的溫度點檢查其熱電動勢的量值大小和穩(wěn)定程度是否符合標準規(guī)范。熱電偶的檢定步驟和檢定周期按國家計量部門制訂的“檢定規(guī)程”進行。熱電偶的檢定工作由分度前準備、分度和數(shù)據(jù)處理三部分組成(對于工業(yè)用熱電偶的分度，人們也常稱為檢定和校驗)。對熱電偶進行檢定，可采用以下三種方法。=1\*GB3①雙極比較法：將同分度號同種規(guī)格的正、負極偶絲焊接成熱電偶，直接測量標準器與被檢熱電[2]偶的熱電勢。測量過程：將捆綁后的熱電偶束插入爐膛內(nèi)，并把熱電偶的冷端引入零度恒溫器內(nèi)。先使爐溫恒定在檢定點溫度附近，然后開始依次讀取標準偶與被測熱電偶的熱電勢。每只熱電偶數(shù)據(jù)讀取2~3次。②同名極比較法：將同型號的標準熱電偶與被檢熱電偶工作端捆在一起，在固定點上進行電極熱電勢的比較。測量過程與上述方法相同。③微差法：將同型號的標準與被檢熱電偶反向串聯(lián)，直接測量其熱電勢差值。熱電偶自動檢定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)經(jīng)調(diào)查考證：目前所研制出的熱電偶自動檢定設(shè)備主要分為2大類：=1\*GB3①微處理器型。這種類型的檢定設(shè)備，以各種各樣的單片機等微處理器為智能核心，組織外圍電路，將檢測、控制和數(shù)據(jù)處理等各項功能集成在了一塊線路板上。這種類型的設(shè)備其系統(tǒng)原理構(gòu)成如圖1.1所示圖1.1熱電偶自動檢定系統(tǒng)原理圖微處理器型熱電偶自動檢定系統(tǒng)主要包括：80C51單片機、冰點瓶、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC0832、LED數(shù)碼管等設(shè)備。它的優(yōu)點是體積小，成本低，自動化儀表程度高。但因其開發(fā)階段投資多，工作量大，線路復雜，專業(yè)性強，技術(shù)難度高，而且在顯示及打印輸出方面功能有限，故不易推廣使用。②通用微型計算機型。這種類型的熱電偶檢定設(shè)備，是直接利用目前迅速發(fā)展的微機控制技術(shù)進行開發(fā)的。通過專門設(shè)計的一個通信檢測接口，將熱電勢多路數(shù)據(jù)采集裝置與計算機相連，利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理和控制功能，結(jié)合可視化操作界面，配合鍵盤、鼠標和打印機輸入輸出功能，實現(xiàn)對熱電偶的自動檢定。這種類型的設(shè)備其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1.2所示圖1.2熱電偶自動檢定系統(tǒng)原理圖微型計算機型熱電偶自動檢定系統(tǒng)是以計算機為核心,包括了冰點瓶,防大電路,TLC0832，打印機以及檢定爐控溫系統(tǒng)等。它的優(yōu)點是開發(fā)環(huán)境優(yōu)越，采用高級語言進行編程，技術(shù)難度和工作量小，檢定精度高，人機交互界面友好，功能齊全完善，故易于推廣使用。本次設(shè)計中，考慮到微型計算機型熱電偶自動檢定系統(tǒng)的諸多優(yōu)點，原設(shè)計思路是采用微型計算機型的設(shè)計方案，但介于條件的限制，缺少檢測通信接口，而改選微處理器型的設(shè)計方案。熱電偶自動檢定系統(tǒng)的工作原理=1\*GB4㈠檢定方法本設(shè)計的檢定系統(tǒng)采用同名級比較法對熱電偶進行檢定，將標偶與被測熱電偶的[2]工作端捆綁后放入管式電阻爐中，通過高穩(wěn)定控溫系統(tǒng)的控制，使電阻爐溫度穩(wěn)定在符合要求的檢溫點附近，然后分別對標準熱電偶與被測熱電偶進行采樣，并將采集到的數(shù)據(jù)送入單片機中進行處理、存儲。=2\*GB4㈡控溫過程在對熱電偶進行檢定時，根據(jù)國家計量部門制訂的“檢定規(guī)程”規(guī)定，要求檢定爐爐溫達到所需的檢定溫度點士10范圍內(nèi)，且爐溫變化每分鐘不超過0.2時，方可進行數(shù)聚采集。所以要對檢定爐爐溫進行控制。首先根據(jù)檢定需要設(shè)置好各個檢溫點,并由單片機通過串口1（串行通信端口）將其送給控溫系統(tǒng)中的單片機,控溫系統(tǒng)根據(jù)測溫熱電偶的測量值與設(shè)定值（即檢溫點）的偏差大小進行一系列的PI,PID運算，輸出結(jié)果控制可控硅調(diào)壓器，調(diào)節(jié)電阻爐的輸入電壓，對電阻爐的溫度進行調(diào)節(jié)直至其穩(wěn)定在規(guī)定的檢溫點溫度允許誤差范圍內(nèi)。=3\*GB4㈢數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計如圖2.1所示，將標準熱電偶與被測熱電偶捆扎后放入檢定爐中，標準熱電偶和被測熱電偶偶的引線與補償導線相連，接點置于冰瓶，保持熱電偶冷端溫度為0。測量得到的熱電勢信號經(jīng)補償導線送入放大電路，放大至0~5V的標準電信號后，再由TLC0832的兩個輸入端送入到TLC0832，然后在A/D轉(zhuǎn)換器中完成A/D轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號送入單片機進行處理。=4\*GB4㈣數(shù)據(jù)處理單片機通過控制TLC0832的啟動,控制數(shù)據(jù)采集,當檢定爐溫度穩(wěn)定在規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)時（延時到檢定爐溫度穩(wěn)定需要的時間時），單片機給TLC0832送啟動信號，TLC0832取得啟動信號，采入相應的輸入端口的數(shù)據(jù)，進行A/D轉(zhuǎn)換，完成采集數(shù)據(jù)，然后送入單片機中進行處理。單片機取得采集到的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行變換處理，得出標偶與被測偶的電壓輸出值并將其存儲在一定的存儲單元，當前檢溫點測量結(jié)束后，計算求出被測偶與標偶輸出電壓的最大偏差值，并與允許的極限偏差比較，判定出被測熱電偶是否合格，并計算出被測熱電偶的精確度。如式（2.1），（2.2）所示。（2.1）（2.2）然后用LED顯示器將這些數(shù)據(jù)顯示出來，就完成了對熱電偶的檢定。本課題的研究內(nèi)容=1\*GB4㈠數(shù)據(jù)采集部分數(shù)據(jù)的采集是由硬件電路實現(xiàn)的。通過信號放大電路將熱電偶的熱電勢放大到0~5V的標準信號，再由TLC0832將模擬量轉(zhuǎn)換成單片機能識別的數(shù)字量后在單片機中進行處理。這部分工作主要是搭建硬件電路。=2\*GB4㈡數(shù)據(jù)處理部分數(shù)據(jù)處理主要是在單片機或微型計算機里對采集的數(shù)據(jù)進行換算，轉(zhuǎn)換為測量的電壓值。這部分主要工作是編寫程序。=3\*GB4㈢加熱爐控溫系統(tǒng)由于熱電偶自動檢定系統(tǒng)要對設(shè)定的多個檢溫點分別進行測量檢定。而且要求加熱爐爐溫必須達到規(guī)定的檢定溫度點士10范圍內(nèi)，且要求爐溫變化每分鐘不超過0.2。這些功能由加熱爐控溫系統(tǒng)實現(xiàn)。熱電偶測溫計及測量對象溫度簡介溫度對象基本概念溫度、溫標溫度是國際單位制（SI）中七個基本物理量之一，在物理學單位中占有重要的地[3]位。由于許多物質(zhì)的特征參數(shù)與溫度有密切關(guān)系，因而溫度計量在工業(yè)生產(chǎn)和科研活動中的地位舉足輕重。尤其是生產(chǎn)企業(yè)，要想在激烈的市場競爭中立足，產(chǎn)品的質(zhì)量和成本是兩個決定性的因素，要做到高質(zhì)量低成本，就必須在節(jié)能降耗上下功夫。因此，溫度傳感器、溫度變送器在企業(yè)生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)得到了廣泛的應用，而這些溫度計量器具是否準確就成為使用者十分關(guān)注的問題。因而導致了熱電偶自動檢定系統(tǒng)的研究的興起！！溫標是溫度的數(shù)值表示方法。各種溫度計也必須先進行分度和標定才能使用。由于溫度量值比較特殊，只能借助某種物理量的變化來間接地表示。溫標就是利用一些物質(zhì)的相平衡溫度作為固定點刻在溫度的“標尺”上，而固定點間的溫度值利用一種稱為“內(nèi)插函數(shù)”的函數(shù)關(guān)系來描述。而溫度計、固定點、內(nèi)插函數(shù)就是溫標的三要素。溫標分為：經(jīng)驗溫標、熱力學溫標，國際溫標。=1\*GB3①經(jīng)驗溫標是借助某一種物質(zhì)的物理量與溫度變化的關(guān)系，用實驗的方法建立的經(jīng)驗公式所確立的溫標。如1714年德國人法倫海脫制定的華氏溫標和1740年瑞典人攝氏制定的攝氏溫標都是經(jīng)驗溫標。經(jīng)驗溫標的局限性和隨意性的缺點使得它不能適用于任何場合，因而它不是科學的。=2\*GB3②熱力學溫標是物理學家開爾文提出的一種與工質(zhì)無關(guān)的，純理論的溫標。熱力學溫標確立的溫度數(shù)值稱熱力學溫度（單位K）。但由于熱力學溫標的純理論性，故無法直接實現(xiàn)。=3\*GB3③ITS-90國際溫標1989年國際計量委員會批準的國際溫度咨詢委員會制定的新型溫標。是以定義固定點溫度指定值以及這些固定點上分度過的標準儀器來實現(xiàn)熱力學溫標的。各固定點間的溫度是依據(jù)內(nèi)插公式使標準儀器示值與國際溫標的溫度值相聯(lián)系。測溫方法及溫度測量計由于自然界許多的物質(zhì)，其物理特性如長度，容積，電導率，熱電勢和輻射功率等都與溫度有關(guān)，因而可以利用物質(zhì)的這些物理特性制作出各種溫度傳感器，通過測量這些物質(zhì)的某些物理參數(shù)的變化量間接的獲得溫度值。=1\*GB2⑴利用物質(zhì)熱膨脹與溫度的關(guān)系=1\*GB3①固體膨脹，如雙金屬溫度計；=2\*GB3②液體膨脹，如玻璃水銀溫度計=3\*GB3③氣體膨脹，如壓力表式溫度計。=2\*GB2⑵利用金屬或半導體電阻與溫度的關(guān)系銅、鉑等金屬導體或半導體，當溫度變化時其阻值也相應的發(fā)生變化，利用這一關(guān)系可制成各種電阻溫度計。=3\*GB2⑶利用熱電效應兩種不同的金屬導體在兩個端點上相互接觸，當其兩接點溫度不同時，回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電勢。熱電偶溫度計就是利用這一原理制成的。=4\*GB2⑷利用物質(zhì)物體的輻射能與溫度的關(guān)系物體的輻射能與溫度存在著一定的關(guān)系，利用這一物理性質(zhì)制成了各種輻射溫度計，如光電溫度計等。熱電偶溫度計及其測溫原理熱電偶溫度計是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換成電勢變化的傳感器，主要由熱電偶、顯示儀表和連接導線所組成。它被廣泛用來測量200~1300范圍內(nèi)的溫度。熱電偶具有性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，經(jīng)濟耐用，體積小和容易維護等優(yōu)點;通過熱電偶能將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，便于信號的遠傳和實現(xiàn)多點切換測量。因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領(lǐng)域中都廣泛使用熱電偶來測量溫度。熱電偶測溫的基本原理熱電偶測溫的基本原理是基于金屬導體的熱電效應。熱電效應產(chǎn)生的電勢是由兩[4]種不同效應引起的，即拍爾帖(Peltier)效應和湯姆遜(Thomson)效應。熱電偶測溫的原理如圖2.1所示圖2.1熱電偶測溫原理圖=1\*GB4㈠塞貝克效應熱電偶是由兩種成分不同的導體(或半導體)連接在一起構(gòu)成的感溫元件。在由兩種導體A,B組成的閉合回路見圖2.1中，如果兩端結(jié)點的溫度不同，在回路中就將產(chǎn)生一定大小的電流，這個電流的大小與導體材料的性質(zhì)以及結(jié)點溫度有關(guān)。一般常把上述現(xiàn)象稱為塞貝克(Seebeek)熱電效應。熱電效應產(chǎn)生的電勢的方向和大小，取決于兩個接點的溫度和組成熱電偶的材料。當兩接點的溫度分別為T,T。時，回路的熱電勢如式（2.1）所示(2.1)式中，，為兩接點的分熱電勢;T,T。為兩接點所處的溫度;A,B為兩種熱電極材料。=2\*GB4㈡拍爾帖效應各種導體中都存在著大量的自由電子，不同導體自由電子的密度也不同，當兩種金屬連接在一起時，在結(jié)點處就要發(fā)生電子擴散，電子密度大的金屬的自由電子就要向電子密度小的導體擴散。這時電子密度大的金屬由于失去電子而具有正電位;相反，電子密度小的金屬由于獲得了擴散來的多余電子而帶負電，這種擴散一直到動態(tài)平衡為止。此時具有一定的穩(wěn)定的接觸電勢，該接觸電勢除與材料的性質(zhì)有關(guān)外，還與結(jié)點溫度有關(guān)。所以回路中的總接觸電勢如式（2.2）：(2.2)式（2.2）中，為A,B兩種材料在溫度為T時的接觸電勢:K為波爾茲曼常數(shù);e為電子荷;為材料A和B在溫度為T時的自由電子密度。=3\*GB4㈢白湯姆遜效應對于單一均質(zhì)導體，當兩端溫度不同時，兩端也將有一定大小的電勢。產(chǎn)生的原因是，在不同溫度下，自由電子具有不同的動能，溫度高時能動大，動能大的電子就會向溫度較低的一端跑去，所以在同一導體內(nèi)當兩端溫度不同時，兩端也會產(chǎn)生一定大小的電位差(湯姆遜電勢)。此現(xiàn)象稱為湯姆遜效應(是可逆的)。兩種材料A,B構(gòu)成的熱電偶產(chǎn)生的總熱電勢包括兩個拍爾帖電勢和兩個湯姆遜電勢，為四個熱電勢代數(shù)和，如式（2.3）所示：(2.3)上式簡化后得式（2.4）。(2.4)即熱電偶在兩端存在溫度差時，其輸出的熱電勢是兩個溫度函數(shù)的差，如果其中一個溫度(例如參考端)為0時，則其熱電勢與待測溫度T呈單值函數(shù)關(guān)系。熱電偶的基本定律熱電偶在測溫時，需要解決一系列的實際問題，以下的幾個定律，將為解決這些問題提供了理論上的依據(jù)。=1\*GB2⑴勻質(zhì)導體定律有一種勻質(zhì)導體所組成的閉合回路，不論道題的截面積如何及導體的各處溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。這一定律說明，熱電偶必須采用兩種不同材料的到體組成，則熱電偶的熱電勢僅與兩接點的溫度有關(guān)，而與沿熱電極的溫度分布無關(guān)。如果熱電偶的熱電極是非勻質(zhì)導體，在不均勻的溫度場中測溫時將造成測量誤差。所以熱電極材料的均勻性是衡量熱電偶質(zhì)量的重要技術(shù)指標之一。=2\*GB2⑵中間導體定律在熱電偶回路中，冷端斷開接入與A,B電極不同的另一種導體，只要中間導體的兩端溫度相同，熱電偶回路的總熱電勢不受中間導體接入的影響。=3\*GB2⑶連接導體定律如圖2.2所示，在熱電偶回路中熱電極A,B分別與連接導體和EQ相接，其接點溫度分別為T,EQ和。圖2.2連接補償導線的熱電偶回路則回路中的總熱電勢等于熱電偶的熱電勢與連接導體的熱電勢之代數(shù)和。這就是連接導體定律，即(2.5)連接導體定律為在工業(yè)測量溫度中使用補償導線提供了理論依據(jù)。只要選配在100以下與熱電偶熱電特性相同的補償導線，便可使熱電偶的參比端延長，使之遠離熱源到達一個溫度相對穩(wěn)定的地方而不影響測溫的準確度。標準化熱電偶標準化熱電偶是指工藝上比較成熟，能批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定應用廣泛，具有統(tǒng)一的分度表，并已列入國際和國家標準文件中的熱電偶。表轉(zhuǎn)化熱電偶可以互相交換，精度有一定的保證。國際電工委員會（IEC）共推薦了8種標轉(zhuǎn)熱電偶，標準化熱電偶的名稱，分度號，測量范圍，精確度等級及允許偏差如圖表2.1所示。表2.1[5]熱電偶名稱分度號熱電偶識別E(100,0)（mV）測溫范圍（）對分度表允許偏差（）新極性識別長期短期等級使用溫度允差鉑銠10-鉑S正亮白較硬0.6460~13001600=3\*ROMANIII≤600±1.5負亮白柔軟>600±0.25%t鉑銠13-鉑R正較硬0.6470~13001600=2\*ROMANII<600±1.5負柔軟>1100±0.25%t鉑銠30-鉑B正較硬0.330~16001800=3\*ROMANIII600~900±4負稍軟>800±0.5%t鎳鉻-鎳硅K正不親磁4.0960~12001300=2\*ROMANII-40~1300±2.5負稍親磁=3\*ROMANIII-200-40±2.5鎳鉻硅-鎳硅N正不親磁2.774-200~12001300=1\*ROMANI-40~1100-±1.5負稍親磁=2\*ROMANII-40~1300±2.5鎳鉻-康銅E正暗綠6.319-200~760850=2\*ROMANII40~900±2.5負亮黃=3\*ROMANIII-200~40±2.5銅-康銅T正紅色4.279-200~350400=2\*ROMANII-40~350±1負銀白色=3\*ROMANIII-200~40±1鐵-康銅J正親磁5.269-200~600750=2\*ROMANII-40~750±2.5負不親磁非標準化熱電偶的發(fā)展很快，主要目的是進一步擴展高溫的測量范圍和低溫的測量范圍。但對這一類熱電偶的研究還不夠成熟，雖然已經(jīng)有產(chǎn)品，且能夠使用，但還沒有統(tǒng)一的分度表。熱電偶的結(jié)構(gòu)形式=1\*GB2⑴普通型裝配式結(jié)構(gòu)普通型裝配熱電偶由熱電極、絕緣套管、外保護套管和接線盒組成。貴重金屬熱電極直徑不大于0.5mm，廉價金屬熱電極直徑一般為0.5~3.2mm；絕緣套管一般為單孔或雙孔瓷管；外保護套管要求氣密性好，有足夠的機械強度，還要求有良好的導熱性和穩(wěn)定的物理化學特性，最常用的材料為銅及銅合金、鋼和不銹鋼及陶瓷材料等。整支熱電偶的長度由安裝條件和插入深度決定，一般為350~2000mm。=2\*GB2⑵柔性安裝性鎧裝結(jié)構(gòu)鎧裝熱電偶的測溫元件是將熱電偶絲、絕緣材料（氧化鎂粉等）和金屬保護套管三者組合裝配后，經(jīng)拉伸加工而成的一種堅實的組合體。它的外徑一般為0.5~8mm，其長度可以根據(jù)需要截取。鎧裝熱電偶測量端的熱容量小，響應速度快，擾性好，可彎曲，可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復雜的測量場合，而且耐壓、耐振、耐沖擊，因此在多種領(lǐng)域得到了廣泛的應用。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計這套系統(tǒng)的設(shè)計選用了微處理器型熱電偶自動檢定系統(tǒng)的方案。以單片機為智能核心，組織外圍電路。通過單片機對主控軟件的執(zhí)行。共同完成對熱電偶的檢定。冷端溫度補償根據(jù)公式可知當自由端溫度飽尺恒定時，則熱電偶熱電勢就變成了工作端溫度的單值函數(shù)。而我們經(jīng)常使用的分度表和顯示儀表都是以熱電偶自由端溫度位0時制定的。但實際使用熱電偶時，往往由于環(huán)境和現(xiàn)場條件等限制，自由端溫度不能保持在0，因此需要對熱電偶冷端溫度進行補償或修正。冷端溫度補償方法=1\*GB4㈠自由端保持為0的方法常用的冰點瓶是在保溫瓶內(nèi)盛滿冰水混合物，將標準熱電偶與被測熱電偶引線與補償導線的接點插入玻璃試管中，然后把玻璃試管放入盛滿冰水混合物的冰點瓶中。為了保持熱電偶自由端溫度為0，插入的玻璃試管要有足夠的深度，保溫瓶內(nèi)要有足夠數(shù)量的冰塊。并且為了防止短路，熱電極絲要分別插入各自的玻璃試管中然后放入冰點瓶的。=2\*GB4㈡自由端溫度補償電橋自由端溫度補償器是一個不平衡電橋，他的輸出端與熱電偶串聯(lián)。補償器與熱電偶回路的連接如圖3.1所示：圖3.1補償電橋電路圖自由端溫度補償器中R1=R2=R3=1Ω，用錳銅絲繞制，其電阻值不隨溫度變化。R4用銅導線繞制，其阻值隨溫度變化。當溫度為20時，使R4=1Ω，R5為供配-用不同熱電偶時調(diào)整補償器的供電電壓之用。當溫度為20時，R1=R2=R3=R4，橋路平衡，,a,b端沒有電壓輸出。當溫度不等于20時，a,b兩端就會有一個不平衡電壓輸出。因此使用此熱電偶補償器時，必須把顯示儀表的起始點調(diào)到20的位置。=3\*GB4㈢軟件補償法軟件補償法是在計算機或單片機里對熱電偶自由端溫度非0時的電勢值補償?shù)阶杂啥藴囟鹊扔?時的熱電勢?？梢韵葘犭娕甲杂啥税卜旁谝粋€溫度穩(wěn)定的地方，這樣冷端溫度便成了固定值，這樣送入到計算機或單片機中的熱電勢雖然不是自由端溫度為0的熱電勢，但通過CPU的運算,對采得的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的算法進行補償。運算公式如式（3.1）所示：。（3.1）補償方法選擇考慮到本系統(tǒng)的設(shè)計主要是用來對新的或使用中的熱電偶進行校驗檢定，這些工作是在實驗室中進行的，而實驗室的環(huán)境比較容易控制，而且變化不大，可以采用冰點瓶的方法進行補償。冰點瓶設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，而且它能夠很好的達到對冷端溫度補償?shù)哪康?，完全能夠滿足系統(tǒng)對溫度補償?shù)囊?。所以本系統(tǒng)采用冰點瓶來實現(xiàn)溫度補償。信號放大電路設(shè)計信號放大電路功能在測量控制系統(tǒng)中，測量放大電路用來將傳感器輸出的微弱電壓、電流或電和信號放大到足以進行各種轉(zhuǎn)換處理，或推動指示器、記錄器以及各種控制機構(gòu)。信號放大電路的選擇要求由于傳感器輸出的電信號是很微弱的，且與電路間的連接具有一定的距離。就要用電纜傳送輸出信號。傳感器有內(nèi)阻，電纜有電阻，這些電阻和放大電路產(chǎn)生的噪音，以及環(huán)境噪聲都會對放大電路造成干擾，影響它的正常工作。因此對測量放大電路的基本要求是：①測量放大電路的輸入阻抗應與傳感器輸出阻抗相匹配；②穩(wěn)定的放大倍數(shù)；③低噪聲；④低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流，以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率；⑥高共模輸入范圍和高共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；⑧線性好、精度高；⑨成本低。信號放大電路的類型按測量放大電路的結(jié)構(gòu)原理可分為：差動直接耦合式、調(diào)制式和自動穩(wěn)定式三大類。差動直接耦合時包括了單端輸入（同相或反相）運算放大電路、電橋放大電路、電荷放大電路等測量放大電路。按元件的制造方式可分為：分立元件結(jié)構(gòu)形式、通用集成運算放大器組成形式和單片集成測量放大器三種。相比而言，通用集成運算放大器組成形式具有體積小、精度高、調(diào)節(jié)方便、性價比高的優(yōu)點，單片集成測量放大器的體積更小、精度更高、使用更為方便，但價格昂貴。但隨著集成工藝的發(fā)展，單片集成測量放大器的價格將大大降低，性能越來越好，在工藝生產(chǎn)中日益廣泛。系統(tǒng)中熱電偶測得的熱電勢信號為毫伏級，而TLC0832的輸入極信號是0~5V的標準電信號，所以也需要通過放大電路將熱電勢信號放大到0~5V的標準電信號，才能送給TLC0832進行A/D轉(zhuǎn)換。這里選用三運放高共模抑制比放大電路如圖3.1來對信號進行放大處理圖3.1三運放高共模抑制比放大電路圖三運放高共模抑制比放大電路是目前廣泛應用的放大電路。他由3個集成運算放大器組成，其中N1,N2為兩個性能一致（主要指輸入阻抗、共模抑制比和增益）的同相輸入通用集成放大器，構(gòu)成平衡對稱（或稱同相并聯(lián)型）差動放大輸入級，N3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級用來進一步抑制N1,N2的共模信號，并適應接地負載的需求。信號放大器放大倍數(shù)的設(shè)定本系統(tǒng)選用鎳鉻硅-鎳硅（N型）熱電偶為特例作為被校對象來設(shè)計。選?。∟型）熱電偶（0~1000）作為系統(tǒng)的檢溫段。查表得N型熱電偶(0~1000)對應的熱電勢為(0~36.25mv),要將(0~36.25mv)的輸出熱電勢放大為0~5V標準信號，則要：（3.2）由式（3.2）計算得到放大倍數(shù)：K=138，a=0繪制得：折線非線性補償圖如圖3.2所示圖3.2折線非線性補償圖A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)選用TLC0832作為A/D轉(zhuǎn)換器，TLC0832是單片機控制系統(tǒng)中常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片，它有2個輸入端口，可以分別與標準熱電偶和被測熱電偶的測得信號的輸出引線相連，我們通過對TLC0832多路器地址的配置選擇轉(zhuǎn)換通道，就可以分別對標準熱電偶和被測熱電偶的熱電勢信號依次在TLC0832中進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后得到的數(shù)字信號再送到單片機處理。TLC0832功能及特性簡介A/D轉(zhuǎn)換電路采用TLC0832進行測量，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍是0~5V，8BIT串[5]行輸出，因此與微處理機接口與編程都十分方便。=1\*GB2⑴TLC0832的基本特性：TLC0832是八位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它有兩個可選擇的輸入通道。TLC0832的特點如下：=1\*GB3①8位分辨率；=2\*GB3②可和微處理器接口或獨立使用；=3\*GB3③可滿量程工作或使用5V基準電源；=4\*GB3④具有單通道或多路器選擇的雙通道，并可選擇單端或差分輸入；=5\*GB3⑤采用單5V供電，輸入范圍為0～5V；=6\*GB3⑥輸入和輸出與TTL和CMOS兼容；=2\*GB2⑵TLC0832的的工作原理：TLC0832處于工作狀態(tài)時，置CS端方便可啟動轉(zhuǎn)換，并使所有的邏輯電路使能。CS在整個轉(zhuǎn)換過程中必須置為低電平，接著從處理器接受一個時鐘。當一個時鐘的時間間隔被自動插入后，可以使多種轉(zhuǎn)換器選定的通道穩(wěn)定。而當DO脫離高阻狀態(tài)時，可提供一個時鐘的時間間隔的前導低電平，以使多路器穩(wěn)定。SAR比較器用于對電阻梯形網(wǎng)絡(luò)輸出的逐次信號和輸入模擬信號進行比較，比較器輸出則用于表示大于還是小于電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的輸出。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)同時從DO端輸出，并以最高位(MSB)開頭。在經(jīng)過8個時鐘后，轉(zhuǎn)換完成，CS變高，內(nèi)部所有寄存器清零，此時，輸出電路變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。如果希望開始另一個轉(zhuǎn)換，CS必須有一個從高到低的跳變，且后面應緊跟著輸入地址數(shù)據(jù)。TLC0832的輸入配置可在多路器尋址時序中進行，多路器地址通過DI端移入寄存器。用多路器地址選擇模擬輸入通道的方法如表3.1所示：表3.1選擇模擬輸入通道信號通道號CH0CH1輸入數(shù)據(jù)流（bit）110111TLC0832工作時序圖如圖3.3所示。TLC0832的連接電路TLC0832在系統(tǒng)中的應用連接電路如圖3.4所示：圖3.4TLC0832連接電路=1\*GB3①TLC0832的CH0，CH1為信號輸入端，分別與標準熱電偶和被測熱電偶輸出信號引線相連，負責接受要轉(zhuǎn)換的測量信號。=2\*GB3②CLK是時鐘脈沖輸入端，連接單片機的P1.1口，由單片機為TLC0832提供時鐘信號。=3\*GB3③VCC和GND端口是電源輸入端，VCC接+5V電源，GND接地。=4\*GB3④D0，D1口是輸入輸出端口，由于它們是分時工作的，所以可以并聯(lián)后與單片機的P1.2口相連，DI口負責接收單片機送入的控制信號（多路器地址時序），DO口將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號輸出，送給單片機。顯示接口電路設(shè)計LED數(shù)碼管簡介系統(tǒng)選用七段LED數(shù)碼管來顯示單片機處理得到的數(shù)據(jù)。作為單片機控制系統(tǒng)中最常用的顯示器件，LED數(shù)碼管具有體積小，抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長，工作電壓低，功耗小，響應速度快等優(yōu)點。七段LED數(shù)碼管是將八個LED管芯組織在一起，就構(gòu)成特定的數(shù)碼的顯示器件。數(shù)碼管外觀及引腳如圖3.5所示：圖3.5LED數(shù)碼管外觀及引腳圖根據(jù)LED數(shù)碼管內(nèi)各筆段發(fā)光二極管的連接方式，可以將LED數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩大類。在共陽極LED數(shù)碼管中，所有筆段的發(fā)光二極管的正極連在一起而在共陰極LED數(shù)碼管中，所有筆段的發(fā)光二極管的負極連在一起。單片機處理得到的結(jié)果要送到LED顯示器中顯示，還需要通過LED顯示接口電路驅(qū)動LED數(shù)碼管才能完成。LED數(shù)碼管驅(qū)動電路從LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)可以看出，不同筆段的組合就可以構(gòu)成不同的字符?？刂泣c亮一定的筆段二極管，就能顯示出要顯示的數(shù)字。而根據(jù)顯示驅(qū)動方式的不同可以將LED數(shù)碼管顯示電路分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口電路由筆段代碼鎖存器，筆段譯碼器等部分組成。靜態(tài)顯示接口電路顯示驅(qū)動程序簡單，且CPU占用率低，但每一個LED數(shù)碼管需要一個鎖存器來鎖存每一顯示位的筆段代碼，硬件開銷大的場合。當需要顯示的位數(shù)在4~12時，多采用按為掃描硬件譯碼的動態(tài)顯示方式或按位掃描軟件譯碼的動態(tài)顯示方式。本系統(tǒng)采用串行口輸出的靜態(tài)顯示接口電路，電路連接如圖3.7圖3.7熱電偶檢定系統(tǒng)顯示接口電路單片機處理所得的數(shù)據(jù)由單片機串行輸出口P3.0（RXD0）將數(shù)據(jù)輸出送入到74LS164中，4個74LS164完成數(shù)據(jù)的串行——并行轉(zhuǎn)換，并依次將數(shù)據(jù)輸出送入下一個74LS164中轉(zhuǎn)得到的數(shù)據(jù)并行輸出送入LED顯示器，控制各筆段的二極管點亮，顯示數(shù)據(jù)。控制鍵盤的設(shè)計由于LED顯示器功能的限制，一次只能顯示一個數(shù)據(jù)，而測量處理所得的數(shù)據(jù)需要顯示的有：被測熱電偶的輸出電壓，標準熱電偶的輸出電壓，被測熱電偶與標準熱電偶輸出電壓差。因此要將處理得到的數(shù)據(jù)線進行存儲，然后通過功能鍵盤，將數(shù)據(jù)分別在LED數(shù)碼管上顯示出來。鍵盤接口技術(shù)簡介鍵盤使若干安鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。前者能自動識別按下的鍵并能產(chǎn)生相應的代碼，以并行或串行方式發(fā)送給CPU。它使用方便，接口簡單，響應速度快，但需要專門的硬件電路。后者則通過軟件來確認按鍵并計算鍵值。這種方法雖然沒有編碼鍵盤速度快，但他不需要專用的硬件支持因此得到了廣泛的應用。鍵盤設(shè)計所要解決的問題:=1\*GB4㈠按鍵的確認。鍵盤是一組按鍵開關(guān)的集合，每一個按鍵就是一個開關(guān)量輸入裝置。鍵的閉合與否，取決于機械開關(guān)的通，斷狀態(tài)。反映在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。所以通過電平狀態(tài)（高，低）的檢測，便可以確定按鍵是否按下。=2\*GB4㈡重鍵和連擊的處理。按鍵操作中無意同時或先后按下2個以上的鍵，系統(tǒng)確認哪個鍵操作是有效的，由設(shè)計者設(shè)定，如以按下時間最長或最先按下為有效，也可以將最后釋放的鍵設(shè)為輸入鍵，這都是由設(shè)計者的意志決定。=3\*GB4㈢按鍵防抖動技術(shù)。鍵盤作為向系統(tǒng)提供操作員的干預指令的接口，其特定的按鍵序列代表著各種確定的操作命令。所以準確的確認每個鍵的動作及所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能否正常的關(guān)鍵。防抖動的方法分為：=1\*GB2⑴硬件防抖動技術(shù)通過硬件電路消除按鍵過程中抖動的影響，這種方法工作可靠且節(jié)省機時。①濾波防抖動電路利用RC積分電路對干擾脈沖的吸收作用，選擇好電路的時間常數(shù)，就能在按鍵抖動信號通過此濾波電路時，消除抖動的影響。=2\*GB3②雙穩(wěn)態(tài)防抖電路用兩個與非門構(gòu)成的一個RS觸發(fā)器，即可構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。⑵軟件防抖技術(shù)硬件防抖電路的缺點是1個鍵對應1個防抖電路，當鍵的數(shù)量比較多時，就要有很多的防抖電路，這種情況下，硬件防抖將無法勝任。于是提出了用軟件的方法進行防抖。但第一次檢測到有鍵按下時，先用軟件延時（10ms~20ms），而后再確認該鍵是否仍維持閉合狀態(tài)的電平。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認該鍵以按下。鍵盤電路形式根據(jù)所需鍵的個數(shù)、I/O引腳輸出級電路結(jié)構(gòu)以及可以利用的I/O引腳數(shù)量確定鍵盤電路形式。=1\*GB4㈠直接編碼輸入鍵盤⑴獨立式按鍵接口電路對于具有少量功能鍵的系統(tǒng)，多采用相互獨立的接口方法，即每個按鍵接一根輸入線與單片機相連，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。采用硬件中斷和軟件查詢方法可實現(xiàn)獨立式按鍵接口。⑵功能開關(guān)接口電路功能開關(guān)的狀態(tài)決定系統(tǒng)當前的工作環(huán)境。在單片機系統(tǒng)中，常通過設(shè)定開關(guān)的狀態(tài)執(zhí)行相應的功能模塊，以便完成不同的功能。=2\*GB4㈡矩陣鍵盤接口電路矩陣鍵盤常用在按鍵比較多的系統(tǒng)中，以減少鍵盤電路占用I/O引腳的數(shù)量。這種鍵盤由行線和列線組成，行線是輸入引腳，列線是輸出引腳。按建設(shè)在行，列線的交叉點上，行列線分別連載按鍵開關(guān)的兩端列線通過上拉電阻接至正電源，以無鍵按下時列線處于高電平狀態(tài)。行線是輸入引腳，列線是輸出引腳。鍵盤按鍵編碼在鍵盤電路中按鍵不止一個，既存在對鍵盤按鍵的編碼問題。按鍵編碼與按鍵功能（即鍵名）有關(guān)，但又是兩個不同的概念。對不同電路結(jié)構(gòu)的鍵盤電路，確定鍵值的方式不同。一般按順序?qū)︽I盤按鍵進行編碼，即將按鍵行列對應的二進制編碼作為掃描碼，通過查表再轉(zhuǎn)換成鍵值。鍵盤監(jiān)控方式在單片機系統(tǒng)中，常采用查詢方式（如隨機掃描方式和定時中斷掃描方式）或中斷方式監(jiān)視鍵盤有無按鍵輸入。=1\*GB2⑴隨機掃描方式隨機掃描方式中，CPU完成某種特定任務(wù)后，即執(zhí)行鍵盤掃描程序，以確定鍵盤有無按鍵輸入，然后根據(jù)按鍵功能轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應的操作。在執(zhí)行鍵盤按鍵規(guī)定的功能過程中不理睬鍵盤輸入。=2\*GB2⑵定時掃描方式定時掃描方式與隨機掃描方式基本相同，只是利用CPU內(nèi)的定時中斷，每隔一定時間掃描鍵盤有無按鍵被按下，鍵盤反應速度較快，在處理按鍵功能過程中，可以通過鍵盤命令進行干預，如取消，或暫停以便檢查等。=3\*GB2⑶中斷方式在控制系統(tǒng)中，并不需要經(jīng)常監(jiān)視鍵盤有無鍵輸入。因此，在查詢掃描方式和定時中斷掃描方式中，CPU常處于空掃描狀態(tài)，降低了CPU的利用率。因此可采用中斷掃描方式，將鍵盤的行線通過與門與單片機的外部中斷請求輸入端INT0或INT1相連，當有鍵按下，則與門輸出低電平，INT0或INT1中斷有效，表明有按鍵被按下。系統(tǒng)功能鍵盤設(shè)計本系統(tǒng)選用4*4數(shù)字鍵盤，并通過編寫的程序賦予不同鍵所要實現(xiàn)的功能?？刂奇I盤JP的8個引腳分別與單片機的P0.0~P0.7口相連，實現(xiàn)對輸出值的控制。實現(xiàn)對數(shù)據(jù)輸出的1對1控制。熱電偶檢定系統(tǒng)程序設(shè)計主控軟件是熱電偶自動檢定系統(tǒng)的核心組成部分，如果說低電勢數(shù)據(jù)采集電路是檢定系統(tǒng)的骨架，那么主控軟件就是檢定系統(tǒng)的血肉。系統(tǒng)通過單片機89C51執(zhí)行主控軟件，實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體調(diào)節(jié)，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作，一起完成熱電偶自動檢定的工作。A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序在系統(tǒng)中實現(xiàn)對TLC0832數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的啟動控制，并將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號輸出送入到單片機。A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計方案A/D轉(zhuǎn)換子程序通過配置TLC0832片選使能端使芯片選通，使能端CS置0將啟動A/D轉(zhuǎn)換；根據(jù)需要判斷要轉(zhuǎn)換的通道,然后配置TLC0832的多路器地址時序，多路器地址由數(shù)據(jù)輸入端口DI移入TLC0832中，選擇轉(zhuǎn)換通道；轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)輸出口DO輸出，送入到單片機處理。程序設(shè)流程計如圖4.1所示：圖4.1AA/D轉(zhuǎn)換子程序功能實現(xiàn)系統(tǒng)處理程序中將會調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序，執(zhí)行程序后，單片機給TLC0832送使能信號啟動A/D轉(zhuǎn)換；并通過對子程序形參的設(shè)置完成對轉(zhuǎn)換通道的選擇，然后由單片機將選擇的通道的多路器地址由數(shù)據(jù)輸入端口DI送入到TLC0832，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)化的功能。線性化及標度變換子程序數(shù)據(jù)線性化處理概述由于線性方程的形式和圖形比較簡單，所以，人們對直線有較強的判斷能力。而當數(shù)據(jù)呈現(xiàn)曲線分布時，由于曲線方程的形式五花八門，方程中各系數(shù)的變化又會使曲線形狀截然不同，而且同一曲線方程在不同的域內(nèi)其形狀各不相同，因此，憑直觀很難準確地判斷應把實驗數(shù)據(jù)整理成什么形式的數(shù)學表達式。如果采取某種變換能把曲線形式的表達式轉(zhuǎn)化為直線形式的表達式，那么，就可以利用對直線的處理方法來作圖和確定表達式中的常數(shù)，然后再將得到的線性方程還原成原函數(shù)形式，這樣會使擬合實驗數(shù)據(jù)過程更簡便，擬合的表達式更準確。可見，線性化處理就是將任一函數(shù)轉(zhuǎn)換成線性函數(shù)，其方法是尋找一新的坐標系，其中，，使坐標系中呈曲線關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)在坐標系中呈線性關(guān)系。線性化處理方法線性化處理方法主要包括=1\*GB3①非線性補償，=2\*GB3②預失真校正等方法。本設(shè)計采用非線性軟件補償?shù)姆椒▽崿F(xiàn)線性化處理的目的，這里只對非線性補償方法略作一定介紹。測量得到各個溫度下非線性的描述后可以用CPU對非線性誤差進行補差，但對曲線擬合不宜直接用曲線方程解算非線性的誤差，否則CPU的開銷過大。我們可用以下方法計算各點的非線性誤差=1\*GB2⑴離散法這種處理方法是將熱電偶量程均分為若干段假定每一溫度段非線性誤差為常數(shù)，把每段的非線性誤差補償值存入單片機中，單片機在工作中根據(jù)所處的壓力段讀取不同的補償值，完成線性化處理。線性化處理時的補償分段越細補償越精確；但存入的參數(shù)也越多，但由于熱電偶傳感器的非線性誤差普遍較小，這也就不失為一種很好的補償方法。但若非線性誤差較大，且分段較少時，量化誤差較大。=2\*GB2⑵折線逼近法這種處理方法是將熱電偶量程均分為若干段但每一段的補償不是采用單一數(shù)值而是采用直線方程。避免了量化誤差，精度較好；但與離散法相比，CPU開銷稍大，在相同補償精度的情況下，存入單片機的參數(shù)比離散法的要少=3\*GB2⑶多次折線逼近法這種處理方法的原理與折線逼近法相近，但計算順序不同。首先將熱電偶的量程分為兩段用兩段直線逼近，直線方程分別為和經(jīng)兩段直線補償后非線性的誤差曲線；再將兩段直線的中點1/4量程和3/4量程處作為端點分別各用另兩段直線逼近，以此類推。其逼近直線形成的直線段以及補償精度與折線法相同，但存入智能變送器中的參數(shù)的個數(shù)較少。我們這里采用折線逼近法實現(xiàn)線性化處理，并用軟件的方法實現(xiàn)。圖4.2：線性化處理及標度變換程序流圖線性化處理及標度變換子程序設(shè)計方案本系統(tǒng)采用折線逼近法，將N熱電偶量程分為5段，然后每段采用相應的直線方程來作為補償值實現(xiàn)線性化處理。系統(tǒng)處理程序中將調(diào)用線性化子程序，子程序中的形參變量N將接受來自A/D轉(zhuǎn)換子程序的轉(zhuǎn)換結(jié)果，經(jīng)過一系列的運算，轉(zhuǎn)換成對應的電壓值輸出。處理子程序處理程序是系統(tǒng)的控制軟件，它負責調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序和性化及標度變換子程序，來啟動數(shù)據(jù)采集，把各個檢溫點采集的數(shù)據(jù)進行線性化處理及標度變換后存儲。程序設(shè)計如圖4.3所示圖4.3處理程序流程圖處理子程序開始執(zhí)行，先延時等待一定的時間，直到檢定爐溫度穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)，啟動A/D轉(zhuǎn)換，采集被測偶的熱電勢，并轉(zhuǎn)換存儲；稍作延時后，采集標準偶的熱電勢，轉(zhuǎn)換并存儲；然后求兩者的偏差：，求出最大偏差；完成一個檢溫點的測量。然后給控溫系統(tǒng)送下一檢溫點，繼續(xù)測量；所有檢溫點檢定完成，程序執(zhí)行結(jié)束。顯示子程序（顯示小數(shù)點后2位）顯示子程序設(shè)計方案由于本設(shè)計采用LED數(shù)碼管作為顯示元件。LED顯示驅(qū)動程序是將要顯示的數(shù)據(jù)（如138）從低位到高位的各個數(shù)的值的筆段代碼送給LED數(shù)碼管進行顯示。但我們這里我們要輸出的結(jié)果有小數(shù)位，不像輸出一個整數(shù)，直接輸出各位數(shù)的筆段代碼就行，還要考慮到小數(shù)點的輸出問題。分析我們所要輸出的數(shù)據(jù)可知，要輸出的最高值是36.25V，，并且所有輸出的數(shù)只要求輸出的數(shù)據(jù)小數(shù)點后面2位，所以數(shù)據(jù)最多輸出4個，因此4位的LED數(shù)碼管已經(jīng)能滿足我們顯示的需求。由于設(shè)計輸出只要求小數(shù)點后2位，所以可以將要輸出的數(shù)據(jù)*100,只需在輸出原個位數(shù)現(xiàn)在的百位數(shù)時，將其小數(shù)點一起點亮即可！即在輸出百位上的數(shù)送顯示時，送出的筆段代碼的第7位是1，本系統(tǒng)程序設(shè)計如圖4.4所示：圖4.3顯示子程序程序流程圖顯示子程序功能顯示子程序的形參接收處理子程序?qū)LC0832的輸出數(shù)據(jù)進行了線性化及標度變換后存放在數(shù)組中的數(shù)據(jù)，并將其顯示在LED數(shù)碼管上，就完成了數(shù)據(jù)顯示的功能。主程序設(shè)計主程序的功能主程序中運行處理程序，啟動對熱電偶的數(shù)據(jù)采集，處理，轉(zhuǎn)換，存儲等工作。處理程序執(zhí)行完后，變量key接收鍵盤輸入值，當我們按下1鍵時，調(diào)用顯示子程序，將存放在數(shù)組DATA[0]中的被測熱電偶的電壓值輸出；當按下2鍵時，輸出存放在數(shù)組DATA[1]的標準熱電偶的測量電壓值；當按下3鍵時，輸出標準熱電偶與被測熱電偶熱電勢的最大值偏差值；當鍵盤輸入值為4時，取下一檢溫點的測量數(shù)據(jù)送顯示。主程序設(shè)計方案程序設(shè)計如下圖4.4所示圖4.4主程序流程圖在主程序先運行處理子程序，處理程序調(diào)用其它子程序完成對數(shù)據(jù)的采集，轉(zhuǎn)換處理，并將處理得到的數(shù)據(jù)存入一定的存儲單元，直到將所有檢溫點數(shù)據(jù)采集處理完結(jié)束處理子程序的執(zhí)行。然后當我們按下不同的功能鍵時，顯示出存儲在不同單元中的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)調(diào)試實驗試驗目的=1\*GB2⑴調(diào)試自己設(shè)計的系統(tǒng)；=2\*GB2⑵測試本設(shè)計熱電偶自動檢定系統(tǒng)性能。試驗設(shè)備=1\*GB3①萬用表，=2\*GB3②熱電偶自動檢定系統(tǒng)，=3\*GB3③標準熱電偶，=4\*GB3④被測熱電偶。試驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理表5.1試驗數(shù)據(jù)被測熱電偶05.9112.9720.6128.4636.25標準熱電偶05.9412.9220.5728.5136.30由表5.1中的試驗數(shù)據(jù)計算得最大偏差：12.97-12.92=0.05mv。與N型熱電偶的最大允許偏差0.054mv相比，可知被測熱電偶的技術(shù)指標符合標準，合格。結(jié)論通過本論文前述部分所做的大量理論研究和實際調(diào)試試驗數(shù)據(jù)，證明了本系統(tǒng)確實能完成對熱電偶的自動檢定，初步完成了課題立項時所制定的研究任務(wù)，實施結(jié)果可達到預期目標?；緦崿F(xiàn)了熱電偶的溫標量值傳遞的自動化，對于工業(yè)用標準型號的熱電偶可實現(xiàn)簡便快捷、高精度的有效測試和檢定。參考文獻[1]龍濤.標準熱電偶微機自動檢定系統(tǒng)的研究[D].昆明：昆明理工大學，2005.7[1~3][2]凌子松.熱電偶熱電阻溫度自動檢定系統(tǒng)[D].吉林：吉林大學，2005.6[2~3][3]高魁明.熱工測量儀表[M].北京：冶金工業(yè)出版社2004[4]潘永雄.新編單片機原理與應用[M].西安：西安電子科技大學出版社2003[5]徐科軍.馬修水，李曉林，傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社2003[185~188][6]]沈紅衛(wèi).基于單片機的智能系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社2005.9[7]沈紅衛(wèi).單片機應用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析[M].北京：北京航空航天大學出版社2003[8]林敏.74LS164在8051單片機LED顯示電路中的應用[J].大連：大連輕工業(yè)學院學報，20（2），2001[9]馬忠梅.籍順心，張凱，馬巖，單片機的C語言應用程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社2003[10]張國雄.金篆芷，控制儀表[M].天津：機械工業(yè)出版社2003[11].何立民.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990[12].[13].附錄A：熱電偶自動檢定系統(tǒng)硬件電路圖附錄B：主程序流程圖附錄C：處理子程序流程圖附錄D：A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖附錄E：線性化及標度變換子程序流程圖附錄F:顯示子程序流程圖附錄G：鍵盤子程序流程圖附錄H：熱電偶自動檢定系統(tǒng)程序設(shè)計#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<absacc.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintV1,V2,N;/*全局變量測得熱電勢*/ucharcodeLEDMAP[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};ucharcodeFLEDMAP[]={0xFF,0x76,0xCB,0xBF,0xE6,0xED,0xFD,0x77,0xFF,0xEF};/*筆段代碼*/ucharTD[6]={0,42,91,145,200,255};/*線性化轉(zhuǎn)折點*/ucharDATA[2];/*舊數(shù)據(jù)存儲*/ucharmax=0;//最大偏差uin