基于单片机的热电偶温度测量系统设计

[摘要]随着时代的进步、社会的发展、科学技术的不断更新,温度的测量范围要求不断扩大,同时温度的测量准确性要求不断提高。对温度测量的要求也越来越高,而且测量范围也越来越大,对温度的检测技术的要求也越来越高。因此,温度检测和温度检测技术的研究也是一个重要的课题。本文旨在研究一个基于单片机的热电偶温度测量系统。
0.引言
　　测量是人们认识自然界的一种科学方法。通过各种测量,能从数量上来描述周围的物质世界,揭示自然界存在的规律，推动科学的不断前进。主要工作是研究--个基于单片机的热电偶温度测量系统,实现该系统能满足在线监测和在线检测离线分析两种检测方式。系统下位机采用以STC89C52为主控程序的单片机系统,主要由温度传感器、测量放大器低通滤波器、多路A/D转换器、通信电路组成。上位机采用VisualBasie语言编写,主要包括数据接收模块,电压温度转换模块等,计算机接收到电压数据后转换成温度值,以便进行显示和存储,实现了预定的设计要求。
1.电偶温度测量系统总体设计及器件选择
　　热电偶温度测量系统的原理框图如图1所示:
 
注:采用新型STC89C51系列单片机的D版本芯片;KeilC51作为开发T具;采用ADC0809为AD转换芯片;采用MAX232串口芯片。
2.热电偶温度测量系统软件部分的设计
主程序模块及功能:
(1)初始化部分:对STC89C51的特殊功能寄存器和全局变量赋初值,串口初始化。
(2)数据采集部分:启动A/D转换,将模拟信号转换成数字量。
(3)数据存储部分:向E'PROM存储或取-一个字节的数据。
(4)串口通信部分:向串口发送一个字节数据。
3.热电偶温度测量系统软件部分的设计
3.1热电偶温度测量系统下位机软件部分的设计
　　主程序主要是将各子模块组织起来成为--个整体主程序流程图如图2。
 
3.2看门]狗设置部分
　　所使用的STC89C51芯片内部自带看门狗芯片,所以只要对此看门狗芯片进行编程控制就可以了。
3.3热电偶温度测量系统上位机软件部分的设计
　　上位机部分采用VisualBasic语言编写串口通信、均值滤波以及电压-温度转换部分组成。
4.系统误差分析
4.1单片机系统带来的误差
　　在选用的是8位A/D转换器ADC0809,VFS为5V,因此A/D转换误差为：
　　由于热电偶传感器与温度间的关系曲线是非线性的,所以±0.01V的转换误差换算成温度误差范围在±0.04℃C~±0.5℃之间。平均值为±0.25℃。
4.2热电偶传感器带来的测量误差
　　对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在5~40微伏/℃之间,会产生近似误差。热电偶传感器温度曲线进行非线性拟合所产生的均方误差为±0.02℃。
综上所述，理论上的测量精度为±0.27℃。
5.总结与展望
　　下位机采用以STC89C51为主控芯片的单片机系统,单片机系统中的A/D转换误差平均值为±0.25℃,上位机程序中对热敏电阻温度曲线进行非线性拟合所产生的均方误差为±0.02℃.综合以上两方面因素最终得到系统的测量精度为±0.27℃。