Ｋ型熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的溫度傳感器报强，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單懒鉴、制造容易、使用方便瞻离、測(cè)溫范圍寬等特點(diǎn)腾仅。目前，在以Ｋ型熱電偶為測(cè)溫元件的工業(yè)測(cè)溫系統(tǒng)中套利，熱電偶輸出的熱電勢(shì)信號(hào)必須經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)推励，才能輸入基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)。中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)包括信號(hào)放大肉迫、冷端補(bǔ)償验辞、線性化及數(shù)字化等幾個(gè)部分，實(shí)際應(yīng)用中喊衫，由于中間環(huán)節(jié)較多跌造，調(diào)試較為困難，系統(tǒng)的抗干擾性能往往也不理想湘搀。在鋁水平溫度測(cè)量?jī)x的研制中尾丑，我們采用了MAXIM公司新近推出的MAX6675，它是一個(gè)集成了熱電偶放大器渐仓、冷端補(bǔ)償熔淘、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，可以直接與單片機(jī)接口悄慨，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)饼痘，保證了溫度測(cè)量的快速、準(zhǔn)確车管。

　　1 MAX6675特性

　　1.1 特性

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

　　n 直接將熱電偶信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)

　　n 具有冷端補(bǔ)償功能

　　n 簡(jiǎn)單的SPI串行接口與單片機(jī)通訊

　　n 12位A/D轉(zhuǎn)換器苇均、0.25℃分辨率

　　n 單一+5V的電源電壓

　　n 熱電偶斷線檢測(cè)

　　n 工作溫度范圍-20℃～+85℃

　　1.2 引腳功能

　　MAX6675采用SO-8封裝形式侄掠，有8個(gè)引腳，腳1（GND）接地溯鱼，腳2（T-）接熱電偶負(fù)極钻哩，腳3（T+）接熱電偶正極，腳4（VCC）電源端肛冶，腳5（SCK）串行時(shí)鐘輸入端街氢，腳6（CS）片選端扯键，使能啟動(dòng)串行數(shù)據(jù)通訊，腳7（SO）串行數(shù)據(jù)輸出端珊肃，腳8（NC）未用荣刑。在VCC和GND之間接0.1μF電容。

　　1.3 工作原理

　　MAX6675是一復(fù)雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器伦乔。主要包括：低噪聲電壓放大器A1厉亏、電壓跟隨器A2、冷端溫度補(bǔ)償二極管烈和、基準(zhǔn)電壓源爱只、12位AD轉(zhuǎn)換器、SPI串行接口招刹、模擬開關(guān)及數(shù)字控制器恬试。

　　其工作原理如下：K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)，經(jīng)過低噪聲電壓放大器A1和電壓跟隨器A2放大疯暑、緩沖后牧稳，得到熱電勢(shì)信號(hào)U1，再經(jīng)過S4送至ADC盅格。巍慧。對(duì)于K型熱電偶，電壓變化率為(41μV/℃)浑云，電壓可由如下公式來近似熱電偶的特性并园。

　　U1=(41μV/℃)×(T-T0)

　　上式中，U1為熱電偶輸出電壓（mV）庸垢，T是測(cè)量點(diǎn)溫度樊颁；T0是周圍溫度。

　　在將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值之前呀逃，對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償澳银，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0℃實(shí)際參考值之間的差值。

　　通過冷端溫度補(bǔ)償二極管钾植，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓U2經(jīng)S4輸入ADC轉(zhuǎn)換器慨即。

　　U2=(41μV/℃)×T0

　　在數(shù)字控制器的控制下，ADC首先將U1泛鸟、U2轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,即獲得輸出電壓U0的數(shù)據(jù)蝠咆，該數(shù)據(jù)就代表測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際溫度值T。這就是MAX6675進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償和測(cè)量溫度的原理北滥。

　　1.4 與單片機(jī)的通訊

　　MAX6675采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行外設(shè)總線與單片機(jī)接口刚操。MAX6675從SPI串行接口輸出數(shù)據(jù)的過程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)使CS置為低電平，并提供時(shí)鐘信號(hào)給SCK再芋，由SO讀取測(cè)量結(jié)果菊霜。CS變低將停止任何轉(zhuǎn)換過程坚冀，CS變高將啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換過程。將CS變低在SO端輸出第一個(gè)數(shù)據(jù)鉴逞，一個(gè)完整串行接口讀操作需16個(gè)時(shí)鐘周期记某，在時(shí)鐘的下降沿讀16個(gè)輸出位，第1個(gè)輸出位是D15构捡，是一偽標(biāo)志位液南，并總為0；D14位到D3位為以MSB到LSB順序排列的轉(zhuǎn)換溫度值叭喜；D2位平時(shí)為低，當(dāng)熱電偶輸入開放時(shí)為高党滓，開放熱電偶檢測(cè)電路完全由MAX6675實(shí)現(xiàn)矗赔，為開放熱電偶檢測(cè)器操作，T-必須接地狠楞，并使接地點(diǎn)盡可能接近GND腳坦浦；D1位為低以提供MAX6675器件身份碼，D0位為三態(tài)標(biāo)志位盲并。

　　2 在鋁水平溫度測(cè)量?jī)x中的應(yīng)用

　　本文所述鋁水平溫度測(cè)量?jī)x是一工作于鋁電解現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量裝置怔赤，其控制部分采用單片機(jī)控制，對(duì)溫度部分的要求是：在得到測(cè)量要求信號(hào)后吻悍，實(shí)時(shí)測(cè)量出當(dāng)前熱電偶探頭的溫度并保存分较，可檢測(cè)Ｋ型熱電偶探頭斷線狀況并報(bào)警。

　　2.1 硬件實(shí)現(xiàn)

　　該鋁水平溫度測(cè)量?jī)x的Ｋ型熱電偶溫度采集電路如圖所示囚上。其微控制器采用ATMEL公司的FLASH單片機(jī)AT89C51南垦，該微控制器具有4K內(nèi)部可擦寫程序存儲(chǔ)器和32個(gè)輸入/輸出端口，滿足本系統(tǒng)中液位測(cè)量痰拢、數(shù)據(jù)顯示跛鸵、溫度測(cè)量、數(shù)據(jù)通訊资柔、看門狗電路的需要焙贷。作為一款廉價(jià)的通用型單片機(jī)，AT89C51沒有SPI接口贿堰。因此采用I/O口線模擬SPI串行口來對(duì)MAX6675讀取數(shù)據(jù)辙芍。MAX6675的CS端接單片機(jī)的P1.0腳，CS低電平停止轉(zhuǎn)換羹与，MAX6675準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)輸出沸手；SCK引腳接單片機(jī)的P1.1腳，為傳輸數(shù)據(jù)提供時(shí)鐘注簿。無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)契吉，SCK應(yīng)置為低電平跳仿；SO引腳接單片機(jī)的P1.2腳，用于傳輸數(shù)據(jù)捐晶。單片機(jī)的P1.3腳作為Ｋ型熱電偶探頭斷線報(bào)警口菲语，報(bào)警時(shí)輸出低電平，驅(qū)動(dòng)故障指示LED顯示惑灵。

　　在單片機(jī)的上述4個(gè)引腳各接一個(gè)10K的上拉電阻山上，保證數(shù)據(jù)的可靠傳送。由于MAX6675的測(cè)量精度對(duì)電源耦合噪聲較敏感私舱，為降低電源噪聲影響畦肉，在MAX6675的電源引腳附近接入1只0.1μF陶瓷旁路電容。在印刷電路板的設(shè)計(jì)中菊舅，采用大面積接地技術(shù)來降低芯片自熱引起的測(cè)量誤差礁姿，提高溫度測(cè)量精度。

　　本系統(tǒng)主要測(cè)量鋁電解槽中的溫度舆滞，其正常工作溫度范圍為920℃—1000℃菱区，為了準(zhǔn)確的測(cè)量這一區(qū)段的溫度值，系統(tǒng)利用X25045芯片內(nèi)部的4096位串行E2PROM（非易失存儲(chǔ)器）服讯，保存溫度補(bǔ)償參數(shù)绎瓣，掉電不丟失，保證系統(tǒng)可應(yīng)用于各種環(huán)境條件授灵。

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