摘 要：溫度在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，而一般的溫度傳感器測(cè)量范圍較窄，只能實(shí)現(xiàn)低溫測(cè)量。Ｋ型熱電偶是國(guó)內(nèi)外儀器儀表行業(yè)中最常見的一種測(cè)溫元件。本系統(tǒng)通過Ｋ型熱電偶傳感器對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，ＭＡＸ６６７５芯片對(duì)信號(hào)變換后，通過ＳＰＩ串行接口與ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６單片機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)中低溫度的測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離控制，通過紅外遙控模塊輸入對(duì)比溫度，當(dāng)測(cè)量溫度大于或小于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)具有較高的精度，能滿足中低溫度的測(cè)量。
溫度是一個(gè)非常基本的物理量，很多的物理量都與它有著密切的聯(lián)系，所以對(duì)溫度的精準(zhǔn)測(cè)量以及精確的控制在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、人們的日常生活、科學(xué)研究方面都有著十分重要的意義。目前，熱電偶傳感器是國(guó)內(nèi)外儀器儀表行業(yè)中最常見的一種測(cè)溫元件，也是目前接觸式測(cè)溫領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種熱電式傳感器。
Ｋ型熱電偶作為一種主要的測(cè)溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高等特點(diǎn)。但Ｋ型熱電偶應(yīng)用時(shí)，卻存在著以下幾方面的問題。
１）非線性。熱電偶輸出熱電勢(shì)與溫度之間非
線性，因此，應(yīng)用時(shí)必須進(jìn)行線性化處理。
２）冷補(bǔ)償。熱電偶輸出的熱電勢(shì)為冷端保持０℃時(shí)與測(cè)量端的電勢(shì)差值，而在實(shí)際應(yīng)用中冷端的溫度是隨著環(huán)境溫度而變化的，故需進(jìn)行冷端補(bǔ)償。
３）信號(hào)輸出。Ｋ 型熱電偶輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，為了方便與后續(xù)單片機(jī)電路相連，需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。Ｍａｘｉｍ公司新近推出的ＭＡＸ６６７５［５］即是一個(gè)集成了熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器及ＳＰＩ串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
１ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)以單片機(jī)ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６［６］為整個(gè)系統(tǒng)的核心，使用Ｋ型熱電偶傳感器對(duì)所測(cè)環(huán)境溫度信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)轉(zhuǎn)換芯片ＭＡＸ６６７５轉(zhuǎn)換后輸入給單片機(jī)處理。同時(shí)本設(shè)計(jì)還有報(bào)警功能，通過紅外遙控模塊ＨＳ００３８輸入對(duì)比溫度值，與采集到的溫度進(jìn)行比較并進(jìn)行聲光報(bào)警，測(cè)得溫度通過液晶屏ＪＬＸ１２８６４顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。
２ 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
２．１ Ｋ型熱電偶與ＭＡＸ６６７５
ＭＡＸ６６７５與熱電偶連接電路如圖２所示。
２．２ 紅外遙控傳感器
工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行溫控時(shí)，需要設(shè)定參考溫度，當(dāng)大于或者小于某個(gè)值時(shí)進(jìn)行報(bào)警，而某些場(chǎng)合無法使用按鍵輸入，本系統(tǒng)采用紅外遙控器輸入設(shè)定值。ＨＳ００３８是一種紅外接收器，輸出的ＴＴＬ信號(hào)可以被單片機(jī)接收到，它的電路如圖３所示。
２．３ 顯示電路
本設(shè)計(jì)的顯示屏選用比較常見的１２ ８６４字符型液晶顯示。液晶顯示屏是一種集數(shù)字顯示、符號(hào)與字母顯示的顯示器，功耗低，具有很高的性價(jià)比。顯示電路如圖４所示。
２．４ 報(bào)警電路
當(dāng)檢測(cè)到的溫度在允許范圍內(nèi)時(shí)，電路不報(bào)警；當(dāng)檢測(cè)到的溫度超出設(shè)定的溫度值時(shí)，蜂鳴器響。蜂鳴器報(bào)警電路如圖５所示。
３ 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件部分采用Ｃ語言編寫，程序設(shè)計(jì)模塊化。本系統(tǒng)先從ＭＡＸ６６７５芯片中讀取數(shù)據(jù)，并判斷熱電偶是否開路，然后將數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)中進(jìn)行處理，同時(shí)由紅外遙控傳感器輸入對(duì)比溫度值與采集到的溫度進(jìn)行比較，并進(jìn)行聲光報(bào)警。系統(tǒng)軟件主流程如圖６所示。
４ 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
完成基于Ｋ 型熱電偶的中低溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，受實(shí)驗(yàn)條件限制，在室內(nèi)測(cè)量了不同條件下水和煙頭的溫度，并與０．１℃精度的水銀溫度計(jì)在１０～７０℃溫度范圍進(jìn)行比對(duì)。測(cè)試結(jié)果如表１所示。在測(cè)試范圍內(nèi)，相對(duì)誤差不超過０．２％。
５ 結(jié)束語
本文以ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過Ｋ型熱電偶傳感器對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，通過ＭＡＸ６６７５芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、冷端補(bǔ)償?shù)忍幚恚瓿蓽囟鹊墨@取。本系統(tǒng)還有報(bào)警功能，通過紅外遙控模塊輸入對(duì)比溫度值，與采集到的溫度進(jìn)行比較并進(jìn)行聲光報(bào)警，顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)定溫度值。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度高，測(cè)量溫度范圍廣，設(shè)定溫度值采用紅外遙控形式輸入，可以實(shí)現(xiàn)非接觸設(shè)定。經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)測(cè)量溫度的范圍較寬，能實(shí)現(xiàn)中低溫度的測(cè)量，精度較高，相對(duì)誤差小于０．２°Ｃ。
