熱電偶傳感器測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

　　2、軟件設(shè)計(jì)

　　ICL模塊：從A/D轉(zhuǎn)換器讀取結(jié)果的模塊，它連續(xù)讀3次，讀出3個(gè)結(jié)果分別存放于內(nèi)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(gè)結(jié)果排序，取中間的數(shù)作為選用的測(cè)量值。此模塊可以避免因電路偶然波動(dòng)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(bǔ)償熱電偶冷端器25℃時(shí)的量值，相當(dāng)于儀表中的零點(diǎn)調(diào)到25℃，稱(chēng)此模塊為零點(diǎn)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(zhǎng)的數(shù)據(jù)(0～655℃)，表格中電壓值與溫度值一一對(duì)應(yīng)，表格中的電壓值是熱電偶輸出信號(hào)乘以放大 倍數(shù)(150)以后的結(jié)果，變成十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)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(nèi)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(jìn)制數(shù)還需進(jìn)行二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換(CLEAN)，再送顯示器顯示。

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

　　DIR：采用動(dòng)態(tài)3位顯示，顯示時(shí)間由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，各模塊設(shè)計(jì)完成后要進(jìn)行測(cè)試，盡量使其內(nèi)聚性強(qiáng)、模塊間耦合性強(qiáng)，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(fèi)用低廉。人工預(yù)設(shè)加熱溫度值后，控制器能準(zhǔn)確地把溫度控制在設(shè)定值的±1℃，現(xiàn)場(chǎng)使用方 便。其主要性能指標(biāo)為：溫度可調(diào)范圍在10～50℃之間；溫度精度可精確到0.25℃；當(dāng)環(huán)境中的氧含量低于某一值時(shí)，控制電路自動(dòng)關(guān)閉加熱爐，等待人工 處理。

　　1、硬件設(shè)計(jì)

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

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

　　（1）數(shù)字溫度采樣電路

　　本系統(tǒng)中使用ＡＤ公司的產(chǎn)品ＡＤ7416，它由帶隙溫度傳感器、10倍Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器、溫度寄存器、可設(shè)點(diǎn)比較器、故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器等組成。傳感器將溫度轉(zhuǎn)換 成電壓，將由Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成10位數(shù)字量送溫度值寄存器。Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器的一次轉(zhuǎn)換時(shí)約為400μｓ，精度可達(dá)025。

　?。粒?416的接口方式為Ｉ2Ｃ/ＳＭＢＵＳ，溫度測(cè)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(jiǎn)便有效的移動(dòng)平均值法、中值法、低通濾波法等進(jìn)行軟件濾波。實(shí)時(shí)采樣和計(jì)算平均值，以平均值作為實(shí)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(shè)計(jì)模式，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)方案，提高了系統(tǒng)的可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)了標(biāo)度變換。

　?。?）熱電偶反饋電路

　　因?yàn)榧訜崞魇褂靡夯瘹鉃槿剂希訜徇^(guò)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(guò)程中要時(shí)刻監(jiān)視液化氣燃燒是否充分。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)氧含量正 常時(shí)，燃?xì)鉄綗犭娕驾敵龅碾妷涸?0ｍＶ以上，而當(dāng)氧含量低于某一值時(shí)，熱電偶輸出的電壓會(huì)在12ｍＶ以下。通過(guò)如圖5.3.4所示電路，把熱電偶電壓 接入電路，以檢測(cè)電壓超過(guò)18ｍＶ時(shí)，電路輸出端輸出高電平，電壓低于13ｍＶ時(shí)，電路輸出端輸出低電平。

　?。?）其他外圍驅(qū)動(dòng)電路

　　其功能主要是把Ｐ1口輸出的信號(hào)接入7407，由7407驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器的輸入端，繼電器的輸出端驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電磁閥和一個(gè)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(yīng)附有鍵盤(pán)，并能完成溫度的增減，恒溫爐的啟動(dòng)與停止，另外還設(shè)有設(shè)置鍵，用于加熱過(guò)程中重新設(shè)置溫度，當(dāng)恒 溫爐啟動(dòng)后，液晶屏即實(shí)時(shí)地顯示所測(cè)量的溫度值，出現(xiàn)異常情況顯示故障狀態(tài)。

　　2、軟件設(shè)計(jì)

　　軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)。軟件主要完成如下任務(wù)：掃描鍵盤(pán)并按要求調(diào)出設(shè)定值或輸入新的設(shè)定值，并判斷是否啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)首先打開(kāi)加熱閥供氣，開(kāi)啟電子打火器， 點(diǎn)火成功后，打開(kāi)主出氣閥，然后監(jiān)視溫度的變化，當(dāng)溫度超出設(shè)定溫度值1℃時(shí)，關(guān)閉主出氣閥，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度1℃時(shí)，打開(kāi)主出氣閥。若點(diǎn)火不成功，則 每隔15ｓ重復(fù)上述啟動(dòng)過(guò)程，若3次點(diǎn)火不成功，關(guān)閉加熱偶閥，在液晶屏顯示故障狀態(tài)。正常啟動(dòng)后，程序時(shí)刻監(jiān)視熱電偶的狀態(tài)，若出現(xiàn)熱電偶電壓不足，關(guān) 閉主出氣閥和加熱閥，等待人工參預(yù)。