国产精品成人网站,精品人妻互换一区二区三区,大肉大捧一进一出视频免费的试看,婷婷激情综合网

　　1、引言
　　
　　在冶金、石油、化工、機械制造和國防等行業(yè)中，往往需要測量－200℃～1000℃氣體、液體等環(huán)境中的溫度。以前一般采用玻璃液體溫度計、雙金屬溫度計、壓力式溫度計、熱電偶、熱電阻和非接觸式溫度計等進行溫度測量。其中熱電偶的溫度測量范圍較寬，它無需使用驅動電源即可直接產(chǎn)生電壓（溫差電勢）信號，該信號既可用直流測量儀器（如電位差計、數(shù)字電壓表、毫伏計等）讀取，以通過熱電偶溫度特性分度表查出對應的溫度；也可以用線性校正電路將小信號電壓放大后，通過顯示儀表的刻度讀數(shù)。在某些輸油、輸氣管道應用中，往往要求對溫度進行長時間監(jiān)測，且要求能夠快速準確地讀數(shù)。此時，上述各類溫度計則難以勝任。而如果將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢轉換成數(shù)字信號后由單片機進行數(shù)據(jù)處理，并通過液晶來顯示其溫度結果，這種方法反應迅速，測量精度高，功耗小，顯示直觀。因此，由熱電偶、A/D轉換電路、單片機和液晶模塊組成的數(shù)字式低功耗高精度溫度計可以代替各種機械式溫度計來完成特殊情況下的溫度測控工作，且便于實現(xiàn)小型化設計。　　　　
　　2、硬件電路設計
　　
　　在測量過程中，熱電偶產(chǎn)生的一般是相對于冷端的溫差電動勢。工業(yè)標準一般規(guī)定冷端的溫度為0℃。而在實際使用中，將冷端放入冰水混合物中并不方便。如果本地溫度不為0℃，則溫差電動勢就可能偏大或偏小。因此，實際電路通常需要對溫差電動勢進行溫度補償。本系統(tǒng)采用AD7416來測量本地溫度，并根據(jù)分度表計算出對應的補償電壓。其真實溫度的溫差電動勢等于測得的電動勢與補償電壓之差。
　　
　　該便攜式低功耗、高精度數(shù)字溫度計的整個系統(tǒng)由四部分組成：*是熱電偶；第二是AD7705、AD589組成的數(shù)據(jù)采集電路，其中A／D轉換電路的作用是將熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢轉換為數(shù)字信號；第三部分是AD7416，由它可測量冷端溫度，并由此計算出補償電壓；第四部分是MSP430F413和六位筆段式液晶顯示器組成的控制和顯示電路。具體的電路原理圖如圖1所示。為了達到低功耗高精度之目的，本設計方案中所選的芯片都具有低功耗模式，可以在測量間隙工作于省電模式。下面對各部分電路加以具體說明。
　　
　　2.1熱電偶
　　
　　本設計中選用K型或J型鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶。它們比較適用于氧化及弱還原性環(huán)境中的測溫系統(tǒng)，其測溫范圍為－200℃～1000℃，熱電動勢范圍為－9.835mV～76.358mV，由于這些熱電偶具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，價格低廉等優(yōu)點，因而非常適合于便攜式測溫儀表的使用。圖2為鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶的熱電動勢－溫度曲線，經(jīng)過分析，其準確度可達±0.1℃，在－150℃時，其靈敏度可達38μV／℃。　　　　
　　2.2數(shù)據(jù)采集電路
　　
　　在這一部分電路中，AD7705是用于低頻測量系統(tǒng)的前端器件，它分辨率高，且有節(jié)電模式，能夠滿足高精度和低功耗的要求。此外，AD7705片內(nèi)還有數(shù)字濾波電路、校準電路和補償電路，因而能更好地保證高精度的實現(xiàn)溫度測量。
　　
　　AD7705使用2.7V～3.3V單電源，它有兩個模擬差分輸入通道，在電源為3V、參考電壓為1.235V的情況下，雙極性輸入信號的zui大幅度范圍為0～±10mV（Gain＝128）到0～±1.235V（Gain＝1）。另外，AD7705還可直接接收傳感器產(chǎn)生的小信號以進行A／D轉換并輸出串行數(shù)字信號。它采用Σ－Δ技術來實現(xiàn)16位A／D轉換。采樣速率由MCLKIN端的主時鐘和放大器的可變增益來決定。實際上，AD7705同時可以對輸入信號進行片內(nèi)放大、調(diào)制轉換和數(shù)字濾波處理。其數(shù)字濾波器的阻帶可編程控制，以便調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率和輸出數(shù)據(jù)更新速率。
　　
　　此濾波器的響應類似于中值濾波器的響應，但下降沿更為陡峭。由于數(shù)字濾波器的輸出速率和濾波器幅頻響應的*個凹點頻率一致。因此，當輸出速率為25Hz時，濾波器*個凹點也為25Hz。另外，（sinx／x）3濾波器也能抑制*個凹點頻率的諧波成分，抑制量大于40dB。當FS0和FS1分別為0，1時，其輸出速率和*凹點頻率為25Hz，－3dB點時為6.55Hz。如果被測環(huán)境溫度變化緩慢，那么在模數(shù)轉換過程中，該電路便能有效抑制大于6.55Hz的干擾信號，其中包括50Hz的干擾信號。
　　
　　當AD7705工作電壓為3V，片內(nèi)可編程放大器增益設置為1時，A／D的精度為16位，zui小分辨電壓為37.69μV（1.235V×2／65536）。而熱電偶每變化1℃（－150℃～1000℃）的輸出熱電動勢變化為38μV～81μV／℃，大于AD7705的zui小分辨電壓。所以，系統(tǒng)的分辨率可達到1℃，能夠滿足絕大多數(shù)工業(yè)測量要求。由于AD7705可直接對－0.6175V～0.6175V電壓進行模數(shù)轉換，因此，當熱電偶測量小于0℃的溫度且熱電動勢小于0V時，它不需額外的電路也能正常工作。
　　
　　AD589是AD7705的電壓參考源。AD589是價格低廉的雙端器件，它能提供帶有溫度補償特性的1.235V帶隙參考電壓輸出。其片內(nèi)元件匹配和熱跟蹤特性使AD589具有很高的穩(wěn)定性。此外，AD589的輸出阻抗比普通的低溫度系數(shù)齊納二極管低10倍，因此，即使負載發(fā)生變化，該電路也可以在無需外部器件的情況下維持很高的精度。
　　
　　2.3用AD7416測量冷端溫度
　　
　　AD7416是一個完整的單片溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其測溫范圍為－55℃～125℃。該器件內(nèi)含一個帶隙溫度傳感器和一個10位A／D轉換器，其中A／D轉換器用于監(jiān)控溫度并將溫度值數(shù)字化，可達到0.25℃的分辨率。本文介紹的數(shù)字溫度計選用AD7416來測量本地溫度，并可在熱電偶參比端溫度不為0℃時，輸出所需補償?shù)碾妷褐怠?br />　　
　　2.4控制和顯示電路
　　
　　MSP430F413是德州儀器公司生產(chǎn)的一款超低功耗單片機，其電壓范圍為1.8～3.6V，由于MSP430F413片內(nèi)包含多種功能模塊（如鎖頻環(huán)路、定時器、看門狗、比較器、液晶驅動電路和輸入輸出端口等），因此可適合不同應用場合的需要。它的低功耗和低電壓特性特別適用于電池供電的便攜式儀器。MSP430F413通過P1.4、P1.5、P1.6分別與AD7705的SCLK、DIN、DOUT相連以構成三線接口。當P1.3為低時，選中AD7705以完成啟動A／D轉換、校準、讀取數(shù)據(jù)的功能。一旦A／D轉換結束，即可由P1.7讀到DRDY引腳的電平變化，從而使系統(tǒng)作出應用反應。通過P6.5、P6.4與AD7416構成的I2C總線可以采集本地溫度數(shù)據(jù)。
　　
　　MSP430F413的P3、P4、P5口均有第二功能作用，它們除作為普通的I／O口外，還可以驅動具有四個COM口的24個段引腳的液晶模塊。在本設計中，其顯示部分采用六位筆段式液晶顯示器。引腳R33、R23、R13和R03間的三個1MΩ電阻分壓器可為液晶顯示提供參考偏置電壓。每個字符的尺寸為15mm×10mm，因此可方便地在一定距離上讀出數(shù)據(jù)。
　　
　　此外，在P1.0、P1.1、P1.2三個引腳上分別接一個按鍵，可設置為中斷方式，并通過這三個按鍵設置系統(tǒng)的采樣時間間隔、門限值以及控制系統(tǒng)進入低功耗狀態(tài)或工作狀態(tài)。
　　
　　單片機的時鐘信號由32.768kHz晶振和片內(nèi)振蕩電路產(chǎn)生，因此，降低了功耗?？撮T狗電路可保證程序長時間的正常運行。
　　
　　若系統(tǒng)每10秒采集一次數(shù)據(jù)，則整個系統(tǒng)一周期內(nèi)的平均電流為103.2μA。如果整個系統(tǒng)使用3V／1Ah的電池供電，系統(tǒng)可以連續(xù)工作13個月。如果降低數(shù)據(jù)采集頻率，還可以進一步延長電池壽命。
　　
　　3、軟件及系統(tǒng)實驗
　　
　　本數(shù)字溫度計系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集程序、定時器中斷服務程序（入口地址為0FFE0h，優(yōu)先級為0）、看門狗中斷服務程序（入口地址為0FFF4h，優(yōu)先級為10）、按鍵中斷服務程序（入口地址為0FFE8h，優(yōu)先級為4）、液晶顯示程序和熱電偶分度表數(shù)據(jù)組成。
　　
　　系統(tǒng)中的單片機工作時處于激活模式，工作間隙可設定為低功耗模式2以降低功耗，達到延長電池壽命之目的。
　　
　　由于MSP430F413片內(nèi)的ROM只有8k字節(jié)，它不可能*存儲分度表的數(shù)據(jù)，因此，在一定的誤差范圍內(nèi)，對于近似線性部分，可以用折線段分段逼近。對于曲率較大的曲線部分，則可用切比雪夫近似表達式編程計算。
　　
　　由于在工業(yè)環(huán)境中，被測環(huán)境溫度和本地溫度不會發(fā)生突變，因此，可以每隔一段時間間隔對溫度進行一次測量顯示。數(shù)據(jù)采集程序的算法具有自適應特性，因此，當某一溫度在單位時間間隔內(nèi)變化超過設定的門限值時，MSP430F413將縮短采樣時間間隔以加快采樣頻率，并通過蜂鳴器U1和發(fā)光二極管D1發(fā)出聲光報警信號。實驗表明，AD7416的靈敏度較高，并可對本地溫度數(shù)據(jù)采用平滑濾波的方法來減小誤差。
　　
　　MSP430F413單片機的程序可用C語言編寫，該程序具有很強的可讀性和可移植性。用IAR公司的IAREmbeddedWorkbench和IARC－SPYdebugger可以將程序編譯成機器代碼。IAREmbeddedWorkbench系統(tǒng)軟件中包含有MSP430F413單片機頭文件msp430x41x.h和in430.h，文件中定義了片內(nèi)的特殊功能寄存器名稱、工作模式、輸入輸出寄存器、定時器、系統(tǒng)時鐘、電源管理、比較器、液晶顯示寄存器、看門狗定時器、中斷向量和庫函數(shù)。利用計算機可通過MSP430FlashEmulationTool的JTAG接口將程序代碼寫入片內(nèi)FlashROM中。由于MSP430F413單片機的JTAG接口支持在線編程，因此，編寫程序非常方便，同時也很容易對現(xiàn)有的程序進行升級。
　　
　　系統(tǒng)的主流程圖和定時器中斷服務程序數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3所示。　　
　　圖3系統(tǒng)主流程和定時器中斷服務程序數(shù)據(jù)采集流程圖
　　
　　4、結束語
　　
　　該系統(tǒng)的精度和分辨率主要取決于傳感器及A／D芯片的精度和分辨率。由于應用中使用數(shù)字化不可能*消除誤差，因此，測量溫度時還要注意消除由冷端溫度或冷端補償產(chǎn)生的誤差以及連接補償導線的誤差，同時應注意電路誤差和由于噪聲、絕緣電阻、熱電阻等引起的誤差等。根據(jù)實際需要，可采用高穩(wěn)定性的熱電偶和精度為1℃的本地溫度傳感器，這樣可以在一定的溫度范圍內(nèi)提高精度。
　　
　　本系統(tǒng)以MSP430F413、AD7705為核心實現(xiàn)了低功耗高精度便攜式溫度計的設計。對于便攜式儀器，本設計實現(xiàn)了低成本寬測溫范圍條件下的低功耗高精度要求，具有一定的實用價值。目前此電路已投入應用，實踐表明，整個便攜式低功耗高精度數(shù)字溫度計使用方便，工作穩(wěn)定，待機時間長，具有廣闊的應用前景。