熱電偶傳感器測溫系統(tǒng)的設計應用

　　2、軟件設計

　　ICL模塊：從A/D轉換器讀取結果的模塊，它連續(xù)讀3次，讀出3個結果分別存放于內部30H～35H單元(雙字節(jié)存放)。

　　WAVE數(shù)字濾波模塊：它是將ICL模塊輸出的3個結果排序，取中間的數(shù)作為選用的測量值。此模塊可以避免因電路偶然波動而引起的脈沖量的干擾，使顯示數(shù)據(jù)平穩(wěn)。

　　MODIFY模塊：它是補償熱電偶冷端器25℃時的量值，相當于儀表中的零點調到25℃，稱此模塊為零點校正模塊(此溫度為室溫)。

　　YA查表模塊：它是核心模塊。表格數(shù)據(jù)是按一定規(guī)律增長的數(shù)據(jù)(0～655℃)，表格中電壓值與溫度值一一對應，表格中的電壓值是熱電偶輸出信號乘以放大 倍數(shù)(150)以后的結果，變成十六進制數(shù)進行存放，低位在前，高位在后，因而它的數(shù)據(jù)地址可以代表溫度值，用查找的內容的地址減去表格首地址0270H 后再除以2(雙字節(jié)存放)即為溫度值。此數(shù)據(jù)為十六進制數(shù)還需進行二十進制轉換(CLEAN)，再送顯示器顯示。

　　查表法：采用二分查找法，DP先找對半值(MIDDLE)同轉換數(shù)據(jù)比較(COMPARE)，看屬哪一半，修改表格上下限值，再進行對半比較，經(jīng)過若干次 后，直到找到數(shù)據(jù)為止，如果找不到，也就是說被轉換數(shù)據(jù)介于表格中兩相鄰值之間，則再調用取近值模塊(NEAR)，選擇與被轉換數(shù)據(jù)接近的那個數(shù)據(jù)作為查 找到的數(shù)據(jù)，然后調用溫度值模塊(FIND)，整個查表模塊就完成了從輸入到輸出的變化。

　　DIR：采用動態(tài)3位顯示，顯示時間由實驗測定，各模塊設計完成后要進行測試，盡量使其內聚性強、模塊間耦合性強，并采用數(shù)據(jù)耦合。

二、恒溫爐控制器

　　此恒溫爐主要由液化氣提供熱源，熱效率高，且取暖費用低廉。人工預設加熱溫度值后，控制器能準確地把溫度控制在設定值的±1℃，現(xiàn)場使用方 便。其主要性能指標為：溫度可調范圍在10～50℃之間；溫度精度可精確到0.25℃；當環(huán)境中的氧含量低于某一值時，控制電路自動關閉加熱爐，等待人工 處理。

　　1、硬件設計

　　該控制器是以89Ｃ51為控制核心，以電磁閥為驅動部件，以及溫度采樣、熱電偶信號采樣、顯示等電路組成。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

89Ｃ51單片機，其指令系統(tǒng)與ＭＣＳ-51完全兼容，且片內帶有4ＫＢ的Ｅ2ＰＲＯＭ，可以方便地構成一個最小系統(tǒng)。采樣10位數(shù)字溫度傳感器，經(jīng)ＣＰＵ處理后，實時地顯示在液晶屏上，熱電偶電路時刻監(jiān)視著是否有異常情況出現(xiàn)。

　?。?）數(shù)字溫度采樣電路

　　本系統(tǒng)中使用ＡＤ公司的產品ＡＤ7416，它由帶隙溫度傳感器、10倍Ａ/Ｄ轉換器、溫度寄存器、可設點比較器、故障排隊計數(shù)器等組成。傳感器將溫度轉換 成電壓，將由Ａ/Ｄ轉換器轉換成10位數(shù)字量送溫度值寄存器。Ａ/Ｄ轉換器的一次轉換時約為400μｓ，精度可達025。

　　ＡＤ7416的接口方式為Ｉ2Ｃ/ＳＭＢＵＳ，溫度測量范圍為-55～125℃之間，有節(jié)電工作方式，可用于電池供電。ＡＤ7416的地址由Ａ0、Ａ1、 Ａ2決定，地址格式為：1001Ａ2Ａ
1Ａ0Ｒ/Ｗ，最大可并聯(lián)8片，本系統(tǒng)中只用了一片ＡＤ7416，連線方式如圖5.3.3所示。因溫度的慣性系數(shù)較 大，可采用簡便有效的移動平均值法、中值法、低通濾波法等進行軟件濾波。實時采樣和計算平均值，以平均值作為實際溫度采樣值。采樣次數(shù)為8～16次。由于 采用了數(shù)字溫度傳感器，完全打破了傳統(tǒng)的設計模式，簡化了設計方案，提高了系統(tǒng)的可靠性，方便地實現(xiàn)了標度變換。

　?。?）熱電偶反饋電路

　　因為加熱器使用液化氣為燃料，加熱過程要耗氧，可能引起環(huán)境中的氧含量不足，所以在加熱器加熱過程中要時刻監(jiān)視液化氣燃燒是否充分。實驗證明，當氧含量正 常時，燃氣燒到熱電偶輸出的電壓在20ｍＶ以上，而當氧含量低于某一值時，熱電偶輸出的電壓會在12ｍＶ以下。通過如圖5.3.4所示電路，把熱電偶電壓 接入電路，以檢測電壓超過18ｍＶ時，電路輸出端輸出高電平，電壓低于13ｍＶ時，電路輸出端輸出低電平。

　?。?）其他外圍驅動電路

　　其功能主要是把Ｐ1口輸出的信號接入7407，由7407驅動固態(tài)繼電器的輸入端，繼電器的輸出端驅動兩個電磁閥和一個電子脈沖打火器。

　　為了控制恒溫爐的溫度并向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)應附有鍵盤，并能完成溫度的增減，恒溫爐的啟動與停止，另外還設有設置鍵，用于加熱過程中重新設置溫度，當恒 溫爐啟動后，液晶屏即實時地顯示所測量的溫度值，出現(xiàn)異常情況顯示故障狀態(tài)。

　　2、軟件設計

　　軟件采用模塊化結構。軟件主要完成如下任務：掃描鍵盤并按要求調出設定值或輸入新的設定值，并判斷是否啟動，啟動時首先打開加熱閥供氣，開啟電子打火器， 點火成功后，打開主出氣閥，然后監(jiān)視溫度的變化，當溫度超出設定溫度值1℃時，關閉主出氣閥，當溫度低于設定溫度1℃時，打開主出氣閥。若點火不成功，則 每隔15ｓ重復上述啟動過程，若3次點火不成功，關閉加熱偶閥，在液晶屏顯示故障狀態(tài)。正常啟動后，程序時刻監(jiān)視熱電偶的狀態(tài)，若出現(xiàn)熱電偶電壓不足，關 閉主出氣閥和加熱閥，等待人工參預。