基于Ｋ型熱電偶的中低溫度測量系統的設計

摘　要：溫度在工業領域應用非常廣泛，而一般的溫度傳感器測量范圍較窄，只能實現低溫測量。Ｋ型熱電偶是國內外儀器儀表行業中最常見的一種測溫元件。本系統通過Ｋ型熱電偶傳感器對溫度信號進行采集，ＭＡＸ６６７５芯片對信號變換后，通過ＳＰＩ串行接口與ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６單片機進行通信，實現中低溫度的測量。為了實現較遠距離控制，通過紅外遙控模塊輸入對比溫度，當測量溫度大于或小于設定值時，進行聲光報警。通過實驗驗證，本系統具有較高的精度，能滿足中低溫度的測量。

　溫度是一個非常基本的物理量，很多的物理量都與它有著密切的聯系，所以對溫度的精準測量以及精確的控制在農業和工業生產、人們的日常生活、科學研究方面都有著十分重要的意義。目前，熱電偶傳感器是國內外儀器儀表行業中最常見的一種測溫元件，也是目前接觸式測溫領域中應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溫元件，具有結構簡單、使用方便、測溫范圍寬、測溫精度高等特點。但Ｋ型熱電偶應用時，卻存在著以下幾方面的問題。
１）非線性。熱電偶輸出熱電勢與溫度之間非
線性，因此，應用時必須進行線性化處理。
２）冷補償。熱電偶輸出的熱電勢為冷端保持０℃時與測量端的電勢差值，而在實際應用中冷端的溫度是隨著環境溫度而變化的，故需進行冷端補償。
３）信號輸出。Ｋ 型熱電偶輸出信號為模擬信號，為了方便與后續單片機電路相連，需要將模擬信號轉換成數字信號。Ｍａｘｉｍ公司新近推出的ＭＡＸ６６７５［５］即是一個集成了熱電偶放大器、冷端補償、Ａ／Ｄ轉換器及ＳＰＩ串口的熱電偶放大器與數字轉換器。

１　系統設計
        本設計以單片機ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６［６］為整個系統的核心，使用Ｋ型熱電偶傳感器對所測環境溫度信號進行采集，經轉換芯片ＭＡＸ６６７５轉換后輸入給單片機處理。同時本設計還有報警功能，通過紅外遙控模塊ＨＳ００３８輸入對比溫度值，與采集到的溫度進行比較并進行聲光報警，測得溫度通過液晶屏ＪＬＸ１２８６４顯示。系統結構如圖１所示。

２　系統硬件設計
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
工業領域進行溫控時，需要設定參考溫度，當大于或者小于某個值時進行報警，而某些場合無法使用按鍵輸入，本系統采用紅外遙控器輸入設定值。ＨＳ００３８是一種紅外接收器，輸出的ＴＴＬ信號可以被單片機接收到，它的電路如圖３所示。

２．３　顯示電路
本設計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字顯示、符號與字母顯示的顯示器，功耗低，具有很高的性價比。顯示電路如圖４所示。

２．４　報警電路
當檢測到的溫度在允許范圍內時，電路不報警；當檢測到的溫度超出設定的溫度值時，蜂鳴器響。蜂鳴器報警電路如圖５所示。

３　系統軟件設計
系統的軟件部分采用Ｃ語言編寫，程序設計模塊化。本系統先從ＭＡＸ６６７５芯片中讀取數據，并判斷熱電偶是否開路，然后將數據傳到單片機中進行處理，同時由紅外遙控傳感器輸入對比溫度值與采集到的溫度進行比較，并進行聲光報警。系統軟件主流程如圖６所示。

４　實驗驗證
完成基于Ｋ 型熱電偶的中低溫度測量系統的設計后，受實驗條件限制，在室內測量了不同條件下水和煙頭的溫度，并與０．１℃精度的水銀溫度計在１０～７０℃溫度范圍進行比對。測試結果如表１所示。在測試范圍內，相對誤差不超過０．２％。

５　結束語
本文以ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６單片機為整個系統的核心，通過Ｋ型熱電偶傳感器對溫度信號進行采集，通過ＭＡＸ６６７５芯片對信號進行放大、冷端補償等處理，完成溫度的獲取。本系統還有報警功能，通過紅外遙控模塊輸入對比溫度值，與采集到的溫度進行比較并進行聲光報警，顯示當前溫度值和設定溫度值。該系統結構簡單，抗干擾能力強，測量精度高，測量溫度范圍廣，設定溫度值采用紅外遙控形式輸入，可以實現非接觸設定。經實際測試表明，本設計測量溫度的范圍較寬，能實現中低溫度的測量，精度較高，相對誤差小于０．２°Ｃ。