基于單片機的熱電偶溫度測量系統設計

[摘要]隨著時代的進步、社會的發展、科學技術的不斷更新,溫度的測量范圍要求不斷擴大,同時溫度的測量準確性要求不斷提高。對溫度測量的要求也越來越高,而且測量范圍也越來越大,對溫度的檢測技術的要求也越來越高。因此,溫度檢測和溫度檢測技術的研究也是一個重要的課題。本文旨在研究一個基于單片機的熱電偶溫度測量系統。
0.引言
　　測量是人們認識自然界的一種科學方法。通過各種測量,能從數量上來描述周圍的物質世界,揭示自然界存在的規律，推動科學的不斷前進。主要工作是研究--個基于單片機的熱電偶溫度測量系統,實現該系統能滿足在線監測和在線檢測離線分析兩種檢測方式。系統下位機采用以STC89C52為主控程序的單片機系統,主要由溫度傳感器、測量放大器低通濾波器、多路A/D轉換器、通信電路組成。上位機采用VisualBasie語言編寫,主要包括數據接收模塊,電壓溫度轉換模塊等,計算機接收到電壓數據后轉換成溫度值,以便進行顯示和存儲,實現了預定的設計要求。
1.電偶溫度測量系統總體設計及器件選擇
　　熱電偶溫度測量系統的原理框圖如圖1所示:
 
注:采用新型STC89C51系列單片機的D版本芯片;KeilC51作為開發T具;采用ADC0809為AD轉換芯片;采用MAX232串口芯片。
2.熱電偶溫度測量系統軟件部分的設計
主程序模塊及功能:
(1)初始化部分:對STC89C51的特殊功能寄存器和全局變量賦初值,串口初始化。
(2)數據采集部分:啟動A/D轉換,將模擬信號轉換成數字量。
(3)數據存儲部分:向E'PROM存儲或取-一個字節的數據。
(4)串口通信部分:向串口發送一個字節數據。
3.熱電偶溫度測量系統軟件部分的設計
3.1熱電偶溫度測量系統下位機軟件部分的設計
　　主程序主要是將各子模塊組織起來成為--個整體主程序流程圖如圖2。
 
3.2看門]狗設置部分
　　所使用的STC89C51芯片內部自帶看門狗芯片,所以只要對此看門狗芯片進行編程控制就可以了。
3.3熱電偶溫度測量系統上位機軟件部分的設計
　　上位機部分采用VisualBasic語言編寫串口通信、均值濾波以及電壓-溫度轉換部分組成。
4.系統誤差分析
4.1單片機系統帶來的誤差
　　在選用的是8位A/D轉換器ADC0809,VFS為5V,因此A/D轉換誤差為：
　　由于熱電偶傳感器與溫度間的關系曲線是非線性的,所以±0.01V的轉換誤差換算成溫度誤差范圍在±0.04℃C~±0.5℃之間。平均值為±0.25℃。
4.2熱電偶傳感器帶來的測量誤差
　　對于大多數金屬材料支撐的熱電偶而言,這個數值大約在5~40微伏/℃之間,會產生近似誤差。熱電偶傳感器溫度曲線進行非線性擬合所產生的均方誤差為±0.02℃。
綜上所述，理論上的測量精度為±0.27℃。
5.總結與展望
　　下位機采用以STC89C51為主控芯片的單片機系統,單片機系統中的A/D轉換誤差平均值為±0.25℃,上位機程序中對熱敏電阻溫度曲線進行非線性擬合所產生的均方誤差為±0.02℃.綜合以上兩方面因素最終得到系統的測量精度為±0.27℃。