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创新设计与实践 课程设计 题 目 : 设计 K 型热电偶测温电路 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 成绩： 指导老师签名： 日期： 第 1 页 摘 要：K 型热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用，可以直接测量各种生产中从 0℃到 1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 基于热电偶的温度测试仪，该仪器是以 AT89C51单片机为核心，由 AD590集成温 度传感器测量冷端温度 T0，由热电偶测量热端温度 T，该热电偶采用 K 型热电偶（镍 铬- 镍硅热电偶）。它们分别经过 I/V 转换和线性放大，分时进行 A/D 转换，转换后的数字信号送入 AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成 ROM地址，再通过二次查表法计算出实际温度值，此值送 4 位共阴极 LED数码管显示。该热电偶测温仪的软件用 C语言编写，采用模块化结构设计。 关键词： 热电偶，冷端温度补偿， 89C51单片机， ADC0809， 第 2 页 1 单元模块设计 为使该模块化热电偶测温系统具有更加方便和灵活性， 我们对系统的硬件做了精心设 计。硬件电路包括冷端采集和补偿电路模块、热端放大电路模块、单片机模块， A/D 转换 模块， LED 显示模块等。 1.1 冷端采集和补偿电路模块 冷端采集和补偿电路运用 AD590温度传感器采集冷端温度， 并连接补偿电路进行温度补偿，如图 1.1 +12 R51 1.2K R50 10K R47 +12 D1 W1 100K +5 +6V 50K +5 3 AD590 3 R48 5 U1BA 10K 2 V0 5 U2BA R49 4 2 10K LF353 4 R44 2 LF353 100K 1 R49 2 10K 1 -5 -5 图 1.1 冷端采集和补偿电路 1.1.1 AD590 介绍 AD590是美国模拟器件公司生产的恒流源式模拟集成温度传感器，它兼有集成恒流源和温度传感器的特点，具有测量温度误差小，动态阻抗高，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗等优点，适合远距离测温，控温，不需要线性校准的特点。 其性能特点： AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。 其内部电路见图 3.1 所示。芯片中的 R1 和 R2 是采用激光 修正的校准电阻，它能使 +25℃下的输出电流恰好微298.2uA。首先有晶体管 VT8 和 VT11产生与热力学温度成正比的电压信号。 ，在通过 R5,R6 把电压信号转换微电流信号， 为保证有良好的温度特性， R5,R6 的电阻温度系数应非常小，这里采用激光修正的 SiCr 薄模电阻，其电阻温度系数低， VT10的集电极电流能够跟随 VT9 和 VT11的集电极电流的变化，使总电流达到额定值。 R5 和 R6也需要在 25℃的标准温度 第 3 页 下校准。 AD590等效于一个高阻抗的恒流源， 其输出阻抗 10M ，能大大减小因电源电压波动而产生的测量误差，例如，当电源电压从 5V 变化到 10V 时，所引起的电流最大变化量仅为 1uA，等价于 1℃的测温误差。 AD590的工作电压为 +4～30V，测温范围是 -55 ～+150℃，对应于热力学温度 T 每变化 1K，输出电流就变化 1uA.其输出电流 Io （ uA）与热力学温度 T（ K）严格成正比。电流温度系数 K1的表达式为： K1= IT0 3KqR ㏑ 8 （3.2 ） 电源电路 CAN 总线接口 GPIO 接口 RS232 串口 JTAG 接口 LPC2290 RTL8019AS 以 (ARM7TDMI-S) 外部存储器 太网接口电路 电路 I2C 总线 矩阵键盘电路 彩色液晶屏 图 1.1 AD590 内部电路 因此，输出电流的微安数就代表着被测量温度的热力学温度值。热力学温标（ K）与摄氏温标（℃）的换算关系如式 3 所示： T( ℃)=T(K)-273.15 （3.3 ） 1.1.2 冷端采集和补偿电路分析 AD590只需单电源工作，抗干扰能力强，要求的功率很低。输出电流值是以绝对温度 零度（ -273 ℃）为基准，每增加 1℃，它会增加 1μA 输出电流，因此在室温 25℃时，其输出电流 Iout= （ 273+25）=298μA。接着补偿电路进行工作。 1、AD590的输出电流 I=（ 273+T）μA（T 为摄氏温度），因此测量的电压 V 为（273+T） μA× 10K=（2.73+T/100 ）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流 I 不分流出来，我们 使用电压跟随器其输出电压 V2等于输入电压 V。 、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利