智能仪表综合训练课程设计-热电偶线性化LED显示.docVIP

智能仪表综合训练设计说明书 题 目：热电偶线性化LED显示 学生姓名：x 学 号：08x 专 业：测控技术与仪器 班 级：2008-1 指导教师：x 中文摘要 进入21世纪，自动化、智能化水平越来越高，人们的工作和生活水平明显提高。 为了给现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施，热电偶的牢固、可靠性和快速响应时间使其成为各种工作环境下的首要选择。 图1.1热电偶示意图 热电偶是，由两段不同的金属/合金线构成，一段用作正端，另一段用作负端。等,工业现场最长用的就是电桥补偿法。它是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度t0的变化对输出电势的影响，其原理图如图1.2所示 图1.2电桥补偿法原理图 在补偿导线末端放置一个同电阻Rcu，通过选择合适的补偿电桥参数（电桥设计在0℃时平衡），使电桥产生的输出电压Uab的大小正好补偿因冷端温度t0而引起的热电势EAB（t0，0），即 U=EAB（t，t0）+EAB（t0，0）=EAB（t，0） (1.2) 从而消除了冷端温度对测量结果的影响，实现了冷端补偿。 线性化简介 图1.3线性化线流程图 本设计采用分段直线拟合方法，既节省大量存储器，又有很高的测量精度，流程图如图1.3。 光进行线性化还不够，还要进行标度变换。在该热电偶测温仪表中，需要将测量的温度通过热电偶转换成0～+5V的电压信号，再将对应的电压信号经A/D转换，转换成对应的00～FFH的数字量DX。之后还需要将DX值滤波，滤波后的码值为NX，最后在程序进行过程中，将转换成实际测量温度的显示码值。在这个信号转换过程，就是标度变换。 线性化标度变换的前提是被测量参数值与A/D转换结果为线性关系。线性表度变换公式（2）： (1.3) 该式是线性化标度变换的通用公式。（1.3）式中： A0：一次测量仪表的下限； AM：一次测量仪表的上限； AX：实际测量值（工程量）； N0：仪表下限所对应的数字量； NM：仪表上限所对应的数字量； NX：测量时所对应的数字量。 其中，AM、A0、NM、N0对于某一固定的被测参数来说都是常数，不同的参数有着不同的值。为了使程序设计简单，一般把一次测量仪表的下限A0所对应的A/D转换值置为0，也即N0=0，这样可以简写成： (1.4) 在很多测量系统中，仪表下限值A0一般都等于零，即A0=0，此时，对应的N0，下式可进一步化简： (1.5) 或是 (1.6) 第二章 总体方案设计 热电偶温度计因其具有结构简单、性能稳定、测温范围宽、测量精度高、动态性能好、使用方便及便于维护等优点，被广泛应用于各种大型工业领域。但由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系，增加了显示与处理的复杂性；且随着工业发展、自动化的不断加强，对温度精度要求也越来越高。为了提高热电偶测量温度的精度，必须从硬件和软件两方面同时入手。硬件设计必须使用高精度A/D 器件，软件设计必须设计出合理的满足工业要求的线性化算法，从这两方面解决热电偶测试高温的精度问题。 如图2.1所示是热电偶线性化及LED显示的测温原理图。该系统硬件结构由热电偶、冷端温度补偿、放大器、A/D转换器、单片机和4位LED显示器组成。热电偶测温是产生的热电动势经冷端温度补偿后，输出mV信号，经过放大器放大后，在ADC0832做A/D转换并做线性化处理，得到数字信号在单片机内经过运算转换为温度信号，并送到LED显示所测得的温度。 图 2.1 热电偶测温原理图 单片机采用STC89C52RC进行核心编程；用8位A/D转换器ADC0832实现0-5V模拟电压到8位数字量的转换；J1_164LED显示器实现温度t以及A/D转换值的实时显示。 硬件设计方案 热电偶线性化LED显示硬件原理图见附录A 3.1单片机STC89C52图3.单片机STC89C52引脚图 引脚（31）：外部程序存储器选择信号，低电平有效；在复位期间CPU检测并锁存引脚的电平状态，当读引脚为高电平时，从片内程序存储器取指令，只有当程序计数器PC超出片内程序存储器地址编码范围时，才转到外部程序存储器中取指令；当该引脚位低电平时，一律从外