摘 要

在现今的工业生产过程控制中，温度是一个重要的物理测量参数，而热电偶传感器是工程上应用最广泛的温度传感器之一，其测温范围宽，性能稳定，同时结构简单，动态响应好，更能够远传4-20mA的电信号，便于自动控制和集中控制等，在温度测量中占着重要的地位。但热电偶的热电势与温度成非线性关系增加了显示与处理的复杂性，而且工业的发展、自动化的不断加强，对温度精度的要求日益提高。在现代化工业现场，常常用热电偶来测试高温，将测试结果送至主控机。因为热电偶的热电势与温度呈非线性的关系，所以必须对热电偶进行线性化处理来保持测试的精度。本系统设计主要以MCS—51单片机作为核心，采用热电偶冷端补偿专用的芯片MAX6675对K型热电偶进行冷端补偿，并对K型热电偶的T-和T 端的输入信号进行放大、AD转换以及数字化处理，最后通过串口送给单片机，在单片机内采用一定算法来实现对热电偶的线性化处理，并通过HJ1602A液晶屏显示相应的测量数据（温度值误差为±0.5℃）。该热电偶温度仪的软件用C语言编写，采用模块化设计结构。

关键词：热电偶；冷端温度补偿；AT89C52单片机；MAX6675；1602LCD液晶显示器

MCU based on thermocouple temperature detection system simulation

ABSTRACT

In today's industrial production process control, temperature is an important physical parameter, and the thermocouple sensor is one of the most widely used temperature sensor on engineering, its wide temperature range, stable performance, at the same time, simple structure, good dynamic response, more able to 4-20 ma electrical signal remote transmission, convenient automatic control and centralized control, etc., to occupy important position in the temperature measurement. But thermocouple thermoelectric potential and a nonlinear relationship with temperature increased the complexity of the display and processing, and the development of industry, automated continuously strengthen, higher requirements on the accuracy of temperature. In modern industrial field, high temperature thermocouple is often used to test, the test results to the master machine. Because of the thermocouple thermoelectric potential and temperature is nonlinear relationship, so must be carried out on the thermocouple linearization to keep the accuracy of the test. The system mainly by the MCS - 51 single chip microcomputer as the core, using special chip MAX6675 thermocouple cold junction compensation for K type thermocouple cold junction compensation, and the K type thermocouple T and T the input signal amplification, AD conversion and digital processing, finally through a serial port sent to MCU, and within the microcontroller using a certain algorithm of thermocouple linearization and through HJ1602A LCD shows the corresponding measurement data (temperature error of plus or minus 0.5 ℃). The thermocouple temperature instrument software written in C, the structure of modular design.

Keywords：thermocouple；cold junction compensation；AT89C52 single chip MAX6675；1602 LCD liquid crystal display

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

1 绪论 - 1 -

1.1热电偶测温系统仿真的目的与意义 - 2 -

1.2同行研究概况 - 3 -

1.3课题主要内容 - 3 -

2 整体方案设计 - 4 -

2.1冷端补偿方案的比较 - 4 -

2.2芯片的选择 - 5 -

2.3本章小结 - 6 -

3 单元模块设计 - 8 -

3.1单片机控制电路模块 - 8 -

3.2温度采集转换电路模块 - 14 -

3.2.1 K型热电偶 - 15 -

3.2.2具有冷端补偿的数字温度转换芯片MAX6675 - 18 -

3.3 显示电路模块 - 21 -

3.4本章小结 - 24 -

4 软件设计 - 25 -

4.1主程序设计 - 25 -

4.2 本章小结 - 26 -

5 系统技术指标及精度和误差分析 - 27 -

5.1系统仿真结果 - 27 -

5.2 误差分析 - 27 -

5.3本章小结 - 28 -

6 结论 - 29 -

7 致谢 - 30 -

参考文献 - 31 -

附件1：电路原理图 - 33 -

附件2：源程序代码 - 34 -

1 绪论

随着现代电子信息技术、新材料以及自动化技术的发展，传感器技术得到了日新月异的发展，单片机也得到了极为广泛的应用。人们不再局限于从环境中采集模拟信号，而是考虑如何得到可处理的数字信号，人们把温敏器件、A/D转换器、存储器集合在一起来构成数字传感器。在控制领域，C52系列单片机控制具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度等特点，是人们追求的重要目标之一，给人们带来了无穷的方便。把数字传感器和单片机有机联系起来，传感器采集所需要的信息并将其数字化，单片机对其进行直接处理，从而来实现两者间的交互控制；单片机具有较强的核心控制能力，我们借用辅助电路来得到实用的开发系统。测温系统就可以采用这种方式，目前人们对测量的准确性和便捷性要求越来越高，如果我们从微控制器技术着手，可以很好的解决这个问题。

单片机技术的飞速发展，单片机对被控对象进行控制成为今后自动控制领域的一个重要发展方向，电流、电压、温度、流量和开关量等都是常用的主要被控参数。例如：在电力工程、冶金工业、化工生产、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类热处理炉、加热炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测、控制。采用MCS-52系列单片机来对温度控制，不仅控制方便、组态简单、灵活性大，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

人们用物理参数温度来反映物体冷热状态，在化工生产、机械制造、电力工程和食品加工、国防、科研等领域中温度的测量有着广泛地应用。在测量汽车发动机吸入空气的温度的时候，要求热响应时间小于1S；航天飞机的主发动机的温度测量要求0.4S内来完成，在这些特殊场合对温度的检测速度要求比较高，因此就有人提出温度快速测量的想法^[1]。