热电偶传感器测温系统的设计应用

　2、软件设计

　　ICL模块：从A/D转换器读取结果的模块，它连续读3次，读出3个结果分别存放于内部30H～35H单元(双字节存放)。

　　WAVE数字滤波模块：它是将ICL模块输出的3个结果排序，取中间的数作为选用的测量值。此模块可以避免因电路偶然波动而引起的脉冲量的干扰，使显示数据平稳。

　　MODIFY模块：它是补偿热电偶冷端器25℃时的量值，相当于仪表中的零点调到25℃，称此模块为零点校正模块(此温度为室温)。

　　YA查表模块：它是核心模块。表格数据是按一定规律增长的数据(0～655℃)，表格中电压值与温度值一一对应，表格中的电压值是热电偶输出信号乘以放大 倍数(150)以后的结果，变成十六进制数进行存放，低位在前，高位在后，因而它的数据地址可以代表温度值，用查找的内容的地址减去表格首地址0270H 后再除以2(双字节存放)即为温度值。此数据为十六进制数还需进行二十进制转换(CLEAN)，再送显示器显示。

　　查表法：采用二分查找法，DP先找对半值(MIDDLE)同转换数据比较(COMPARE)，看属哪一半，修改表格上下限值，再进行对半比较，经过若干次 后，直到找到数据为止，如果找不到，也就是说被转换数据介于表格中两相邻值之间，则再调用取近值模块(NEAR)，选择与被转换数据接近的那个数据作为查 找到的数据，然后调用温度值模块(FIND)，整个查表模块就完成了从输入到输出的变化。

　　DIR：采用动态3位显示，显示时间由实验测定，各模块设计完成后要进行测试，尽量使其内聚性强、模块间耦合性强，并采用数据耦合。

二、恒温炉控制器

　　此恒温炉主要由液化气提供热源，热效率高，且取暖费用低廉。人工预设加热温度值后，控制器能准确地把温度控制在设定值的±1℃，现场使用方 便。其主要性能指标为：温度可调范围在10～50℃之间；温度精度可精确到0.25℃；当环境中的氧含量低于某一值时，控制电路自动关闭加热炉，等待人工 处理。

　　1、硬件设计

　　该控制器是以89Ｃ51为控制核心，以电磁阀为驱动部件，以及温度采样、热电偶信号采样、显示等电路组成。系统框图如图2所示。

89Ｃ51单片机，其指令系统与ＭＣＳ-51完全兼容，且片内带有4ＫＢ的Ｅ2ＰＲＯＭ，可以方便地构成一个最小系统。采样10位数字温度传感器，经ＣＰＵ处理后，实时地显示在液晶屏上，热电偶电路时刻监视着是否有异常情况出现。

　　（1）数字温度采样电路

　　本系统中使用ＡＤ公司的产品ＡＤ7416，它由带隙温度传感器、10倍Ａ/Ｄ转换器、温度寄存器、可设点比较器、故障排队计数器等组成。传感器将温度转换 成电压，将由Ａ/Ｄ转换器转换成10位数字量送温度值寄存器。Ａ/Ｄ转换器的一次转换时约为400μｓ，精度可达025。

　　ＡＤ7416的接口方式为Ｉ2Ｃ/ＳＭＢＵＳ，温度测量范围为-55～125℃之间，有节电工作方式，可用于电池供电。ＡＤ7416的地址由Ａ0、Ａ1、 Ａ2决定，地址格式为：1001Ａ2Ａ
1Ａ0Ｒ/Ｗ，最大可并联8片，本系统中只用了一片ＡＤ7416，连线方式如图5.3.3所示。因温度的惯性系数较 大，可采用简便有效的移动平均值法、中值法、低通滤波法等进行软件滤波。实时采样和计算平均值，以平均值作为实际温度采样值。采样次数为8～16次。由于 采用了数字温度传感器，完全打破了传统的设计模式，简化了设计方案，提高了系统的可靠性，方便地实现了标度变换。

　　（2）热电偶反馈电路

　　因为加热器使用液化气为燃料，加热过程要耗氧，可能引起环境中的氧含量不足，所以在加热器加热过程中要时刻监视液化气燃烧是否充分。实验证明，当氧含量正 常时，燃气烧到热电偶输出的电压在20ｍＶ以上，而当氧含量低于某一值时，热电偶输出的电压会在12ｍＶ以下。通过如图5.3.4所示电路，把热电偶电压 接入电路，以检测电压超过18ｍＶ时，电路输出端输出高电平，电压低于13ｍＶ时，电路输出端输出低电平。

　　（3）其他外围驱动电路

　　其功能主要是把Ｐ1口输出的信号接入7407，由7407驱动固态继电器的输入端，继电器的输出端驱动两个电磁阀和一个电子脉冲打火器。

　　为了控制恒温炉的温度并向系统输入数据，系统应附有键盘，并能完成温度的增减，恒温炉的启动与停止，另外还设有设置键，用于加热过程中重新设置温度，当恒 温炉启动后，液晶屏即实时地显示所测量的温度值，出现异常情况显示故障状态。

　　2、软件设计

　　软件采用模块化结构。软件主要完成如下任务：扫描键盘并按要求调出设定值或输入新的设定值，并判断是否启动，启动时首先打开加热阀供气，开启电子打火器， 点火成功后，打开主出气阀，然后监视温度的变化，当温度超出设定温度值1℃时，关闭主出气阀，当温度低于设定温度1℃时，打开主出气阀。若点火不成功，则 每隔15ｓ重复上述启动过程，若3次点火不成功，关闭加热偶阀，在液晶屏显示故障状态。正常启动后，程序时刻监视热电偶的状态，若出现热电偶电压不足，关 闭主出气阀和加热阀，等待人工参预。