∩夹蟆Ｋ型熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的溫度傳感器湿弦，具有結構簡單、制造容易凿将、使用方便校套、測溫范圍寬等特點。目前丸相，在以Ｋ型熱電偶為測溫元件的工業(yè)測溫系統(tǒng)中搔确，熱電偶輸出的熱電勢信號必須經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，才能輸入基于單片機的嵌入式系統(tǒng)灭忠。中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)包括信號放大膳算、冷端補償、線性化及數(shù)字化等幾個部分攘体，實際應用中好浆，由于中間環(huán)節(jié)較多，調(diào)試較為困難办轮，系統(tǒng)的抗干擾性能往往也不理想浓朋。在鋁水平溫度測量儀的研制中，我們采用了MAXIM公司新近推出的MAX6675枫欢，它是一個集成了熱電偶放大器磨搭、冷端補償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器返引，可以直接與單片機接口缭亦，大大簡化系統(tǒng)的設計，保證了溫度測量的快速隔每、準確培穆。

　　1 MAX6675特性

　　1.1 特性

　　MAX6675是具有冷端補償和A/D轉(zhuǎn)換功能的單片集成Ｋ型熱電偶變換器，測溫范圍0℃～1024℃贼酵，主要功能特點如下：

　　n 直接將熱電偶信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號

　　n 具有冷端補償功能

　　n 簡單的SPI串行接口與單片機通訊

　　n 12位A/D轉(zhuǎn)換器糙笛、0.25℃分辨率

　　n 單一+5V的電源電壓

　　n 熱電偶斷線檢測

　　n 工作溫度范圍-20℃～+85℃

　　1.2 引腳功能

　　MAX6675采用SO-8封裝形式模庐，有8個引腳，腳1（GND）接地油宜，腳2（T-）接熱電偶負極掂碱，腳3（T+）接熱電偶正極，腳4（VCC）電源端验庙，腳5（SCK）串行時鐘輸入端顶吮，腳6（CS）片選端，使能啟動串行數(shù)據(jù)通訊粪薛，腳7（SO）串行數(shù)據(jù)輸出端悴了，腳8（NC）未用。在VCC和GND之間接0.1μF電容违寿。

　　1.3 工作原理

　　MAX6675是一復雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器湃交。主要包括：低噪聲電壓放大器A1、電壓跟隨器A2藤巢、冷端溫度補償二極管搞莺、基準電壓源、12位AD轉(zhuǎn)換器掂咒、SPI串行接口抛现、模擬開關及數(shù)字控制器。

　　其工作原理如下：K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢谊阐，經(jīng)過低噪聲電壓放大器A1和電壓跟隨器A2放大贾反、緩沖后，得到熱電勢信號U1它蛔，再經(jīng)過S4送至ADC七萧。。對于K型熱電偶首袍，電壓變化率為(41μV/℃)憋勇，電壓可由如下公式來近似熱電偶的特性。

　　U1=(41μV/℃)×(T-T0)

　　上式中衰呢，U1為熱電偶輸出電壓（mV）夫凭，T是測量點溫度；T0是周圍溫度猪出。

　　在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相應的溫度值之前妇乏，對熱電偶的冷端溫度進行補償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0℃實際參考值之間的差值坤学。

　　通過冷端溫度補償二極管，產(chǎn)生補償電壓U2經(jīng)S4輸入ADC轉(zhuǎn)換器报慕。

　　U2=(41μV/℃)×T0

　　在數(shù)字控制器的控制下深浮，ADC首先將U1压怠、U2轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,即獲得輸出電壓U0的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表測量點的實際溫度值T飞苇。這就是MAX6675進行冷端溫度補償和測量溫度的原理菌瘫。

　　1.4 與單片機的通訊

　　MAX6675采用標準的SPI串行外設總線與單片機接口。MAX6675從SPI串行接口輸出數(shù)據(jù)的過程如下：單片機使CS置為低電平布卡，并提供時鐘信號給SCK雨让，由SO讀取測量結果。CS變低將停止任何轉(zhuǎn)換過程忿等，CS變高將啟動一個新的轉(zhuǎn)換過程栖忠。將CS變低在SO端輸出第一個數(shù)據(jù)，一個完整串行接口讀操作需16個時鐘周期贸街，在時鐘的下降沿讀16個輸出位庵寞，第1個輸出位是D15，是一偽標志位薛匪，并總為0朗溶；D14位到D3位為以MSB到LSB順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值；D2位平時為低腥默，當熱電偶輸入開放時為高彼窥，開放熱電偶檢測電路完全由MAX6675實現(xiàn)，為開放熱電偶檢測器操作匿微，T-必須接地写阐，并使接地點盡可能接近GND腳；D1位為低以提供MAX6675器件身份碼抚揖，D0位為三態(tài)標志位簿翔。

　　2 在鋁水平溫度測量儀中的應用

　　本文所述鋁水平溫度測量儀是一工作于鋁電解現(xiàn)場的測量裝置，其控制部分采用單片機控制瓢宝，對溫度部分的要求是：在得到測量要求信號后牺会，實時測量出當前熱電偶探頭的溫度并保存，可檢測Ｋ型熱電偶探頭斷線狀況并報警语验。

　　2.1 硬件實現(xiàn)

　　該鋁水平溫度測量儀的Ｋ型熱電偶溫度采集電路如圖所示道葬。其微控制器采用ATMEL公司的FLASH單片機AT89C51，該微控制器具有4K內(nèi)部可擦寫程序存儲器和32個輸入/輸出端口澜驮，滿足本系統(tǒng)中液位測量陷揪、數(shù)據(jù)顯示、溫度測量杂穷、數(shù)據(jù)通訊悍缠、看門狗電路的需要。作為一款廉價的通用型單片機，AT89C51沒有SPI接口飞蚓。因此采用I/O口線模擬SPI串行口來對MAX6675讀取數(shù)據(jù)滤港。MAX6675的CS端接單片機的P1.0腳，CS低電平停止轉(zhuǎn)換趴拧，MAX6675準備將數(shù)據(jù)輸出溅漾；SCK引腳接單片機的P1.1腳，為傳輸數(shù)據(jù)提供時鐘著榴。無數(shù)據(jù)傳輸時添履，SCK應置為低電平；SO引腳接單片機的P1.2腳脑又，用于傳輸數(shù)據(jù)暮胧。單片機的P1.3腳作為Ｋ型熱電偶探頭斷線報警口，報警時輸出低電平寝典，驅(qū)動故障指示LED顯示林没。

　　在單片機的上述4個引腳各接一個10K的上拉電阻，保證數(shù)據(jù)的可靠傳送缅坯。由于MAX6675的測量精度對電源耦合噪聲較敏感婶苦，為降低電源噪聲影響，在MAX6675的電源引腳附近接入1只0.1μF陶瓷旁路電容怠播。在印刷電路板的設計中吴位，采用大面積接地技術來降低芯片自熱引起的測量誤差，提高溫度測量精度块启。

　　本系統(tǒng)主要測量鋁電解槽中的溫度嚣刺，其正常工作溫度范圍為920℃—1000℃，為了準確的測量這一區(qū)段的溫度值魔踱，系統(tǒng)利用X25045芯片內(nèi)部的4096位串行E2PROM（非易失存儲器）揪孕，保存溫度補償參數(shù)，掉電不丟失桶求，保證系統(tǒng)可應用于各種環(huán)境條件梧杯。

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