基于STM32的k型热电偶采集系统

基于STM32的k型热电偶采集系统

制作人-王天浩 陈力豪 夏正俊 2012级电气工程及其自动化

基本功能对温度进行实时监测绘制最近七组温度折线图 监测热电偶的连接状态 实现中文显示

基本参数MCU主频72MHZ热电偶温度范围为0~800摄氏度 精度为°C 彩频尺寸280*420

基本原理： 在热电偶回路中产生的 电势由温差电势和相 接触电势两部分组成 但是以接触电势为主

传感器部分

接触电势：它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生 的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时，假设 导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且Na>Nb,则在 两导体的接触面上，电子在两个方向的扩散率就不相同， 由导体A扩散到导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要 多。导体A失去电子而显正电，导体B获得电子而显负电。 因此，在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静 电场，这个电场将阻碍扩散运动的继续进行，同时加速电 子向相反方向运动，使从B到A的电子数增多，最后达到 动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差，这个电 位差称为接触电势。

热电偶的优点测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不 受中间介质的影响 测量范围广。构造简单，使用方便。 可以根据温度测量范围及精度，选用相应分度号 的热电偶

K型热电偶的相关参数材质：镍铬-镍硅基本误差限：±0.75%t 测量范围：0~800°C 长度：4*50*1000mm

热电偶的温度对应电压表

冷端补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重，而测温点到 仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低 成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由 端)延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪 表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只 起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的 仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对 测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其 他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影 响。 Eab(T,T0)=Eab(T,T1)+Eab(T1,T0)

数据采集模块-MAX6675MAX6675是Maxim公司推出的具有冷端补 偿的单片K型热电偶放大器与数字转换器。 文中介绍器件的特点、工作原理及接口时 序，并给出与单片机的接口电路及温度读 取、转换程序。

MAX6675特性简单的SPI串行口温度值输出； 0℃~+1024℃的测温范围； 12位0.25℃的分辨率； 片内冷端补偿； 热电偶断线检测； 低功耗特性； 工作温度范围-20℃~+85℃;

MAX6675内部结构

时序与数据结构

MAX6675 的输出数据为16 位,其中D15 始终无 用, D14~D3 对应于热电偶模拟输入电压的数字转 换量, D2 用于检测热电偶是否断线(D2 为1 表

明热 电偶断开) , D1 为MAX6675 的标识符, D0 为三态。 温度值= 1023. 75 ×转换后的数字量/ 4095。(约为四分之一)

STM32采集程序当MAX6675 的CS 引脚 从高电平变为低电平 时, MAX6675 将停止任 何信号的转换并在时钟 SCK的作用下向外输出 已转化的数据。相反,当 CS从低电平变回高电平 时, MAX6675 将进行新 的转换。在CS 引脚从 高电平变为低电平时, 第 一个字节D15 将出现在 引脚SO。一个完整的数 据读过程需要16 个时钟 周期,数据的读取通常在 SCK的下降沿进行一次读8位所以要读两次

图形界面图形界面部分使用的的是已经封装完毕 的GUI,可以实现画点，画圆，画线， 区域填充，数字显示，字母显示，汉字 显示，由于已经添加字库，无需手动打点， 字库包含12*12和16*16大小，并且保存在 外部flash中，通过移植的FATFS来进行读取

由于无法实现小数的显示，所以只精确到个位 但是可以通过串口向上位机发送精确数值

图形界面部分

折线图是使用划线函数组成，在屏幕 固定坐标中先构建出坐标系，之后将 采集到的数据使用指针传递到折线图函数 中，按照一定的比例来确定点的位置，之后 根据两点确定一条线来画出折线

图形界面部分如果每产生一个数据便更新折线图 则会导致刷新太快，无法记录，效果不好 所以在采集函数中，每产生五组，更新 一次数据，

由于MAX6675的转换速度有限，在最后要 加上延时