基于热电偶放大器芯片AD595的小型测温系统
AD595
介绍了基于单片机的移动式温度数据采集仪的硬件设计，串行红外接口的应用及用可视化编程工具VB6.0实现的WINDOWS界面的数据接收、处理软件。
关键词热电耦温度测量数据采集红外串口通信在电子工业中，随着整机集成度的提高和元器件的微型化、复杂化，在印制板上焊接元件时对各种焊接设备波峰焊、回流焊、SMT 等内的温度工艺要求越来越高。
这就需要一种可移动的温度数据采集仪器，能随传送带进入焊炉内，测量记录下不同焊点印制板上的焊盘孔、过孔等在焊炉内不同位置时的温度参数，并能将测量数据方便地传送给电脑，进行数据曲线的显示、分析和打印，以便制定和执行合适的工艺流程。
无线通信可以去除设备对线缆和连接器的依赖。
IrDA红外通信是一种低价且适应性广的短距离无线通信技术，只要通信双方都支持IrDA 协议，就能很快建立通信链路，实现数据交换。
近来红外通信在电子设备中得到了广泛的应用。
为此，研制了带有红外接口的移动式温度数据采集仪。
该仪器由可充电电池供电，以1Hz的采集率同时对≤8的温度测量点采集600s的数据。
温度测量范围为0℃～300℃，测量精度为满量程的1%。
测量数据存于E2PROM中，可掉电保存，直到下次采集将数据更新。
通过串行红外接口，仪器可将存储的测量数据方便地传送给电脑。
用可视化编程工具Visual Basic6.0制作了Windows界面的数据接收和处理软件，既方便硬件间的连接又便于测量数据的输出与分析。
下图是我根据此文制作的一个温度控制实验板。
线路与原文有些改动。
原文中的MAX144不易买到。
AD改用了TLC2543，基准电压用LM317调成4。
096V给AD，这样AD检测出来的值如果是全0温度就是0C。
如是全1温度刚好是409。
6度。
显示精度达到了0。
1度。
单片机用89C51。
感应出来的温度值可以通过液晶屏上显示，也可通过RS-232用计算机显示。
1 采集仪的硬件原理仪器的硬件设计贯彻了确保性能、缩小外形(特别是高度要求苛刻)、便于移动、降低功耗和机内隔热的原则。
基于AD595的煤矿采空区测温系统
端） 冷端与仪表连接 ， ； 显示 热 电偶产 生的热 电势 。
２ ＡＤ５ ５测温 原理及 电路 ９
２ １ 热 电偶 专用芯片 Ａ ５ ５ ． Ｄ ９ 针 对 不 同 的 测 量 精 确 度 要 求 ， 两 款 产 品 有 Ａ ５ ５ 和 ＡＤ ９ Ｃ 前 者 精度 为 ±３℃ ， 者 为 土１ Ｄ ９Ａ ５５ ， 后
应， 而这种电动 势称为 热 电势 。热 电偶 就 是利 用这 种 原理进行温度 测量 的。其 中， 接 用作 测 量介 质温 度 直
的一端称为“ 工作端” 另一端 叫做“ 端” 也称为补 偿 ， 冷 （
（ 当热 电偶 的材料成份确定 后 ， 电偶热 电势 的 ３ ） 热 大小 ， 只与热电偶的温度差有关 ； 若热 电偶冷端 的温度 保持一定 ， 这时热 电偶 的热 电势仅是 工作 端 温度 的单
系统 经 试 验 验 证 ， 该仪 表 精 度 高 、 作 简 单 ． 为 工 业 测 温 方法 的研 究 提 供 可靠 的理 论 依 据 与 实 践 参 考 。 操 可
关 键 词 ＡＤ ９ Ｋ型热电偶 ５５
采空区测温
冷端补偿
Ｋ型 热电偶在 工业测 温系统 中被 广泛 使用 ， 热 两 端是 在 同温 度 环 境 Ｔ 下 ， 以测 得 的 Ｖｚ 其 所 —Ｅ ２ Ｋ ；
对 于热 电偶 的热 电势 ， 注意 如下几 个 问题 ： 应
６
张建 新
张 国斌 ： 基于 ＡＤ ９ ５ ５的煤矿采 空 区测温 系统
第 ６期
信号电压与 Ｋ型热电偶输人 的电动势关系式如下 ： 其 中， Ｖ 一Ｖ 为热 电偶产 生 的 热 电势 Ｅ ， Ｋ１ 而 ００ ． ４×Ｔ 为冰点 补偿 电压 。 如果 以线性关 系来 近 似热 电偶 的温 度与 电压关
595工作原理
595工作原理
595工作原理是通过将输入信号经过滤波、放大、滤波和混频处理后，得到发射信号。
具体工作原理如下：
1. 输入信号滤波：595接收来自控制器的输入信号，首先通过输入端口进入芯片内部，在此过程中进行高频滤波处理，以去除杂散信号和噪声干扰，确保输入信号质量。
2. 逻辑控制：输入信号经过滤波后，通过内部的逻辑电路进行状态判断和计算。
根据输入信号的不同组合，595会产生相应的逻辑电平输出。
3. 信号放大：在逻辑控制的基础上，595对输出信号进行放大处理，以增加输出信号的幅度，提高它的可靠性和传输能力。
4. 输出滤波：放大后的信号经过输出端口输出，同时进行低频滤波处理，以去除高频噪声和杂散信号，确保输出信号的纯净性和稳定性。
5. 混频处理：595还可通过混频器对输出信号进行频率调制处理，以便于信号在传输过程中更好地适应不同的环境和设备要求。
通过以上工作原理，595能够实现将控制器的输入信号转换为特定的输出信号，从而实现对外部设备或电路的控制和驱动。
基于AD595的油田深井测温系统
２ １ 热 电偶 专 用 芯 片Ａ ９ ． Ｄ５ ５
图４
３ 程序设计
经过 多次试验 ，发现 Ａ ５５ 出电压在 恒温 条件下总 是有２ 一 Ｄ ９输 ｍｖ ５ｙ ｍ 波动 ，也就意味有０ 。一 ． ． ０５ ２ 。的抖动 。为 了消 除这种波动 ，本程 序设计了去疵点 、 求平均 、判断趋势 三个函数 ， 工业应用得到了满 在 意的结果。 首先将 １ 个通道的Ｎ 个Ａ 数据 排序 ，然 后剔除 Ｍ个最 大值 ，Ｍ个 Ｄ 最小值 ，再求剩余的Ｎ ２ 一Ｍ个数据 的算数平均值Ｓ Ｍ。通 过多次循环 Ｕ
ｌ Ｉ 。
１ 热电偶工作原理
１１ 热 电偶 测 温 原理 ．
后 陡
１ ６。
两种不 同成份的导体 （ 为热 电偶 丝材或热 电极 ，如图 ｌ 称 中Ａ、
Ｂ） 两端接合成 凹路 ，当接合点的温度 不吲时 ， 回路中就会产生 电 在 动势 ，这种现象称为热 电效应 ，而这种 电动势称为热电势… 热 电偶 就是利用这种原理进 行温 度测 量的。其中 ，直接 用作测 量介 质温 度的
为 Ｖｕ２ 【 ＋ ． ｘ ２＋ ． １ ２７ （ Ｉ Ｖ ＝ 凶 为热 电偶短接 ）， ｏｔ ＝（ ０ ４ Ｔ ） Ｏ Ｉ ｘ ４． Ｖ — ２ ０ ｏ ０ ｏ ］ ３ 其ｔ Ｖ ｕ 是 可以通过Ａ 采集得到 的 ，反求 得 ７ ： ｏ ２ ４． ０ １， ￣ ｏｔ ２ Ｄ ’ —ｕ 一 ． １ ２ Ｖ— １ ７ － ０ ｔ２ ３
据Ｋ 型热 电偶 分度表 查出Ｖ 热 电势下对 应的Ｔ 温 度值 ，这 样最终 就 １ ｌ 得到了测 量端的真实温 度值 。
Ｑ ÷ 鞲 。 Ｌ
－
根据 以 上分 析和 工程 其他需 要特 设 汁了如 Ｉ４ 电路 ，Ｖ ｕ 墨的 Ｉ ｏｔ 与 Ｖ ｕ 接 到Ａ 转换 电路 上即可 采集 数据 本 电路 没 计可以测 零下 温 ｏｕ ２ ｄ 度 ，若将一 ０去掉并把 第７ １ｖ 脚接地则只能测 繁零 温度 ，
基于AD590温度采集系统的设计正文
目录1 系统方案 (2)1.1 系统的设计任务 (2)1.2 设计方案 (2)1.3 软硬件开发环境 (2)2 硬件设计 (3)2.1 单片机主电路设计 (3)2.2 测量、转换电路设计 (3)2.3 显示电路设计 (4)2.3.1 LED数码管构成 (5)2.3.2 显示方式 (5)3 软件设计 (7)3.1 主程序设计 (7)3.1.1 工作流程 (7)3.1.2 存储空间定义安排 (8)3.2 模块程序设计 (9)3.2.1 A/D转换测量程序 (9)3.2.2 显示程序 (10)4 系统调试与分析 (11)4.1 调试内容及问题解决 (11)5 课程设计总结 (12)附录1：程序清单 (13)参考文献 (18)摘要本文介绍了基于AD590与89c51单片机的一种温度采集系统,该电路采用ADC0809作为A/D转换元件，将AD590采集的模拟温度信号转化为数字信号，传输到单片机内部，最后用共阴极LED显示出来，温度测量范围0℃~85℃，小数点后显示一位。
要求能够正确的显示温度传感器的温度。
使用3位LED模块显示，显示测量温度数值。
本系统主要包括大模块：数据采集模块、控制模块、A/D转换模块、显示模块。
首先绘制出工作流程图，然后连接好硬件电路，写入汇编程序，并进行调试，最终设计完成了该系统的硬件电路。
在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，使用了显示模块程序、转换数据存取程序、A/D转换程序。
关键词：ADC0809；A/D转换；LED显示1 系统方案1.1 系统的设计任务设计单片机主电路、数据采集接口电路、LED显示电路、时钟信号控制电路，能够实现对1路电压值进行测量，能够显示当前实际的温度值，温度值精度小数点后1位，可以通过ADC0809模数转换芯片将采集的模拟信号转换为数字信号并在LED显示屏显示出来。
1.2 设计方案将数据采集接口T-DETECT端口电压传入ADC0809数模转换元件中的IN-0通道，经转换后通过D0至D7与单片机P0口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传给单片机，信号经过单片机处理从LED数码显示管显示。
基于单片机的AD590的温测控系统设计_毕业设计1 推荐
基于单片机的锅炉温度控制系统的设计摘要在对当前采暖需求情况广泛调查的基础上，结合工程实际需要，针对小型家用燃气锅炉的特点，研制开发了基于MCS-51单片机的小型家用燃气锅炉温度控制系统，旨在使用燃煤锅炉集中采暖时所遇到的锅炉温度不易控制，改进家庭采暖的控制方式，提高采暖的经济性。
利用Protel99se电路设计软件，对智能控制器的电源电路、复位电路、时钟电路、报警电路、LCD液晶显示电路以及控制器的核心—温度采集电路进行了设计。
电源采用三端集成稳压器W7800 (W7900)系列元件7805,交流220 v电压转换为单片机所需要的5V电压；利用AT89S51作为控制器的核心器件；利用集成电路温度传感器DS18B20测量锅炉水温;将测量的水温与设定值比较，单片机另外使用LCD液晶显示器显示水位的上下限值、当前水位、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值。
当温度超过设定的报警温度值，系统会发出报警声音，同时关闭锅炉燃烧器。
等待温度降到下限值，这时就可以重新锅炉燃烧器通电，继续加温，如此反复监控温度。
这样就可以节约能源，提高能源的使用率。
针对系统的要求和特点，在上述硬件电路及实现方法的基础上，利用汇编语言，设计了基于单片机的锅炉温度控制系统。
控制软件主要包括温度和温度采集子程序、水位控制程序、键盘扫描子程序和LCD 液晶显示子程序等。
通过对温度和水位的测试，可以发现所设计的控制系统能够满足设计要求，达到了预期的效果。
关键词：单片机；LCD；燃气锅炉；温度控制；DS18B20Microcontroller-based design of the boilertemperature control systemABSTRACTAccording to the market demand and the characteristics of domestic heating, this paper develops MCU intelligence controller for the minor gas-fired boiler which is domestic heating equipment on the basis of investigation of heating demand widely. The research purpose is to change the inconvenience of temperature control bring by using coal fired boiler for centralized heating, to increase economics of heating.The software called Protel99se for circuit designed is used to develop the hardware of the controller. The hardware includes the power supply circuit, the reset circuit,the clock circuit, the alarm circuit, the LCD display circuit, and the temperature collection which is the core of this controller. The three-pin integrated-circuit voltage regulator W7800 (7900) series component 7805 is used for the power supply. The Atmel AT89S51 chip is the core chip of the controller. The integrated temperature sensor DS18B20 is used to measure water temperature in boiler. The key circuit is used to set the alerm temperature and analog water in or out. In addition, LCD is used to display water level bound, current water level, temperature alerm value by presupposition and current temperature. When water level beyond its bound or when current temperature beyond its alerm value, the system gives an alerm and makes boiler burner off. When water temperature is down, the system releases alerm and makes boiler burener on. The system does it again and again.So the system can save energy and improve energy utilization rate. Aim at the demand and characteristic of the system, on the basis of these hardware and implement method, using assemble language, system designs boiler temperature control system design based on singlechip. This software includes temperature and water level monitor main program, temperature collection subprogram, analoy water in and out subprogram, keyboard scan subprogram, LCD display subprogram etc. Use practicality to validate system’s dependability and stability, and the system can operate successfully.Keywords:MCU; Liquid Crystal Display; Gas boiler; Temperature control;DS18B20目录1 绪论 (1)1.1课题背景及研究意义 (1)1.2系统的总体设计思想 (2)2 系统方案论证及工作原理 (4)2.1 设计方案论证 (4)2.2 系统结构框图 (4)2.2.1主要器件的选择 (6)2.2.2 锅炉辅助器件选择 (6)3 硬件电路设计 (8)3.1 主电路 (8)3.2 单片机选择设计 (9)3.3 单片机最小系统 (11)3.3.1时钟电路设计 (11)3.3.2 复位电路 (12)3.4温度检测电路设计及温度传感器选择 (12)3.4.1 DS18B20简介 (12)3.4.2温度采集电路 (14)3.5 温度控制电路设计 (14)3.6 水位控制电路 (15)3.6 显示电路设计 (17)3.7 报警电路设计 (21)3.8 稳压电源电路设计 (22)3.9按键电路设计 (22)4 系统软件设计 (24)4.1主流程图设计 (24)4.2中断程序程序 (25)4.3 DS18B20温度采集子程序设计 (25)4.4 LCD液晶显示子程序设计 (27)总结 (28)致谢 (29)参考文献.............................................. 错误!未定义书签。
基于AD590的温度测控系统设计
基于AD590的温度测控系统设计本文介绍了一种适用于实验室条件下实验、研究和二次开发的数字式温度测控装置。
该器件采用新型集成温度传感器AD590作为温度测量元件，并提供两个控制单元进行实验比较。
通过测量和控制恒温器中的温度，获得了令人满意的结果。
1.引言对于导弹武器和设备等大型系统，其性能往往受到外部环境和自身运行条件的影响。
其中，温度的影响往往起着非常重要的作用。
因此，温度检测和控制一直是许多研究者关注的焦点。
然而，一些温度测控装置精度低，温度控制不准确，一些新仪器成本高，难以推广。
特别要指出的是，过去开发的温度测控系统通常是一个独立的系统，一物一用，很难被其他系统采用，存在维护困难、维修不便等问题。
为此，作者根据目前流行的模块化设计原理，开发了一种适用于实验室条件下研发的高精度温度测控装置。
2.工作原理图l为WCZ-98型温度测控装置的电气原理图。
其工作原理为：以AD590为一桥臂的测温电桥采取到的温度信号，经差动放大并进行缓冲隔离后一路送至数显表进行数字化温度显示，另一路与设定值相比较。
比较出来的差值由开关K控制可选择送人两路调节控制器。
其中一路由比较放大器和继电器组成，以此为调节控制器可使该装置形成一个无需与计算机相连的独立的测控温设备;另一路由PID调节器(由A/D、D/A与装有PID调节软件的计算机构成)和可控硅组成。
从调节控制器出来的信号通过控温执行元件实现温度控制。
下面就其中几个部分的原理进行分析。
AD590是美国AD公司生产的专用集成温度传感器，属于电流输出型。
图2所示为AD590在三个不同温度下的电流一电压特性曲线。
在一定温度范围内，它相当于一个高阻电流源，其电流温度灵敏度为lμA/K。
它不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声等的干扰。
此外，它还具有体积小、测温精度高、线性好和互换性强等特点，非常适用于远距离测控，同时也适用于本文所要求的模块化、分体式结构的特点。
其主要技术指标为：a.测温范围：一55.150℃;b.电流输出(标定系数)：lμA/K;c.电源电压：直流4—30V;d.线性度：在满量程范围内小于±0.5℃;e.重复性：±0.1℃;f.输出阻抗：约为10MQ;g.长期漂移：±0.1℃/月。
热电偶测温电路原理图
以前只注重芯片选好芯片调整好电路其实系统的观念一定要养成否则会存在非常大的问题的在这两个系统中存在着误差的问题系统设计的问题其实很多还是系统划分的问题
热电偶测温电路原理图
当时做的热电偶电路非常简单，用了一个ADI公司的热电偶放大器AD595，不过这个玩艺非常的贵，而且还不太好买，另 外还尝试了一个直接转成SPI的转换芯片Maxim的Max6675。这个设计问题很多，不过忠于当初的设计理念，把所有的电 路图都发上来。
这里说明一下AD595，这个玩艺还是比较好用的，就是非常贵阿。
AD595的基本介绍AD595是AD公司生产的一款热电偶放大器,他将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在一块单片 芯片上,产生一个10mV/℃的 输出。管脚的可选择性使其可以作为一个线性放大补偿器或者是设置工作点控制器的开关输 出。AD595包含一个热电偶故障报警,如果有热电偶的一脚或双脚开 路,他可以显示报警信号。报警输出有很多种灵活的方 式,包括TTL形式。AD595能够用一个单端+5V电压供电。如果用负电压,则可以测量0℃以下的温度。
这个电路也没啥好说的，具体分析一下总误差和校验后误差和热电阻一起分析，先把电路图和资料放上来。 AD595的 DATASHEET.pdf
点 击 下 载 MAX6675.pdf
热电阻的资料一并上传在这里 电 流 源 .doc
热电偶测温电路
热电偶测温电路
热电偶测温电路是一种常用于测量温度的电路，它基于热电效应原理。
热电偶测温电路由热电偶、放大器和数字转换器组成。
热电偶是由两种不同金属导线组成的温度传感器，它们的接触点被称为热电接头。
当接头处温度发生变化时，两种金属之间的温差将产生电动势。
这个电动势信号非常微弱，通常在几微伏（μV）到几毫伏（mV）的范围内。
为了能够测量和放大这个微弱的信号，需要通过放大器进行信号放大。
放大器可以将微弱的电压信号放大到适合于数字转换的范围，以便进行后续处理。
数字转换器将放大后的电压信号转换为数字信号，通常使用模数转换器（ADC）来实现。
ADC将连续变化的模拟电压信号转换为离散的数字表示，以便于数字电路进行处理和存储。
通过将数字信号输入到计算机或显示设备上，可以得到实时的温度测量值，并进行数据处理和记录。
热电偶测温电路具有简单、可靠、精度高等特点，广泛应用于工业控制、实验室仪器、医疗设备等领域。
基于AD595芯片的恒温控制仪设计
Ｃｏ ｓａ ｔＴｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｒ ｌ ｂｌ ｎ ｔｕ ｅ ｔＢａ ｅ ｎ ＡＤ５ ５ ｎ ｔ ｎ ｍ ｅ ａｕ ｅ Ｃｏ ｔｏ ａ ｅ Ｉ ｓｒ ｍ ｎ ｓ ｄ ｏ ９
Ｚ ＨＡＮ Ｌ—ｕ ， Ｈ Ｇ ａ －ｎ Ｃ ＥＮ Ｆ ｎ ， Ｕ Ｗｅ —ｈ ｎ ， ＮＧ Ｊｎ， Ｉ ｉＣ Ｏ ｉＹ Ｇ ｉｇ ｉ ｏ Ｚ ＥＮ Ｘｉｏｌ ， Ｈ ｅｇ ＨＯ ｎｓｅ ｇ ＹＡ ｕ ＬＵ Ｌ ， Ａ Ｙ ， ＡＮ Ｊ ｇ ｉ ｎ
张丽果 ， 小林 ， 郑 陈 锋 ， 文生 ， 侯 杨
（ 重庆 大学 ， 重庆
军， 刘 利 ， 曹
４０４ ） Ｏ ０４
毅， 杨
静
摘 要 ： 绍 了用 Ａ ５５ 信 号调 理 ，Ｉ １Ｆ ７ 片 为控 制核 心 制 作 的 恒 温 仪 的设 计 。 仪 器 采 用 加 热 丝 升 温 ， 电 偶 介 Ｄ９作 ＰＣ ６ ８７芯 热
维普资讯
２０ 正 ０７
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓ ｍａ ｎ Ｔ ｃ ｎｉｕ ａ Ｓ ｎ ｏ ｎｍ ｅｔ ｅｈ ｑｅ ｎｄ ｅ ｓｒ
２ ０７ ０ｒ Ｎｏ． ８
第 ８期
基 于 ＡＤ ９ ５ ５芯 片 的 恒 温 控 制 仪 设 计
（ ｈ ｎｑｎ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎｑｎ Ｏ４ ，Ｃ ｉ ） Ｃ ｏ ｇ ｉ Ｕ ｉ ｓｙ Ｃ ｏｇｉｇ４ Ｏ４ ｈｎ ｇ ｅ ｔ ０ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｆｂ ｉａ ｏ ｆ ｅ ｅａｕ ｅ ｃ ｎｒ ｌ ｌ ｓ ｕ ｅ ｔｂ ｓ ｄ ｏ Ｃ ６ ８ ７ ａ ｄ Ａ ５ ５ ｗ ｓｉ ｔ ｄ ｃ ｄ．Ｃ ｌｆｃｉ ｒ ｄ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ａ ｒ ｔ ｎ ｏ ｍｐ ｒ ｔｒ ｏ ｔ ｌ ｅ ｉ ｔ ｍ ｎ ａ ｅ ｎ Ｈ １ Ｆ ７ Ｄ ９ ａ ｎｒ ｕ ｅ ｃｉ ｔ ｏａ ｂ ｎｒ ｎ ｏ ａｅａ ｔ ｎ ｔ ａ ｏ ｅ ｉ ｆｒｈ ａ ｐ ｈ ｒ ｃ ｕ ｌ ｓｔ ｅ ｔｍ ｅａｕ ｅ ｓ ｎ ｏ ． ｗ ｖ ｒ ｓ ｏ ｅ ｒｕ ，ｔ ｅｍｏ ｏ ｐｅ ｉ ｅ ｐ ｒ ｔｒ ｅ ｓｒ Ｈｏ ｅ ｅ ，ｗｈ ｎ ｔｅ ｍ ｌｕ ｌ ｅｎ ｕ ｎ ｏ ｕ ｅ ｈ ｘｅｎ ｌ ｏ ｄｔ ｎ ｌ ｙ ｈ ｅ ｈ ｒ ｏ ｏ ｐ ｅ ｂ ｉｇ ｐ ｔｉｔ ｓ ，ｔ ｅ ｅ ｔｒ ａ ｎ ｉｏ ａ ｃ ｉｓ ｗａ ｓ
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基于热电偶放大器芯片AD595的小型测温系统张 睿,杨小玲,张金密,李 翌,李志扬(华中师范大学 湖北武汉 430079)摘 要:热电偶放大器AD595将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在一块单片芯片上,产生一个10mV/℃的输出。
采用AD595设计一个测量温度系统。
该系统由热电偶放大器AD595、AD 转换芯片AD574以及单片机P89C61X2BN 和键盘显示芯片Zl G7290组成,用于光集成芯片的温度测量,也可以用于其他温度测量场合。
关键词:热电偶放大器;AD595;温度测量;单片机中图分类号:TN722 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2006)0108402A Tiny T emperature Measuring System Employing Thermocouple Amplif ier AD595ZHAN G Rui ,YAN G Xiaoling ,ZHAN G Jinmi ,L I Y i ,L I Zhiyang(Central China Normal University ,Wuhan ,430079,China )Abstract :The AD595is a complete instrumentation amplifier with thermocouple cold junction compensation integrated on amonolithic chip ,which produces a high level (10mV/℃)output directly f rom a thermocouple signal.A temperature measuring system ,which consists of AD595and A/D converter AD574,MCU P89C61X2BN and Zlg7290as well.It is intended to measure the temperature of photon integrated chips and could be used in many other applications.Keywords :thermocouple amplifier ;AD595;temperature measuring ;single chip收稿日期:200510181 AD595的基本介绍AD595是AD 公司生产的一款热电偶放大器,他将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在一块单片芯片上,产生一个10mV/℃的输出。
管脚的可选择性使其可以作为一个线性放大补偿器或者是设置工作点控制器的开关输出。
AD595包含一个热电偶故障报警,如果有热电偶的一脚或双脚开路,他可以显示报警信号。
报警输出有很多种灵活的方式,包括T TL 形式。
AD595能够用一个单端+5V 电压供电。
如果用负电压,则可以测量0℃以下的温度。
为了使其自身发热最小化,一个无负载的AD594/AD595的总电流是160μA ,当然也可以把5mA 以上的电流传送给负载。
AD595通过激光微调来与K 型(镍铬合金—铝)热电偶特性相匹配。
热电偶放大器的电压和增益控制电阻已连到封装脚上,另外电路能通过额外的两三个电阻来根据热电偶类型进行重新校准。
1.1 温度稳定性每个AD595都测试过在不同温度时对零点进行测量时的温度误差。
冷接头补偿器的误差、放大器的偏移量以及增益误差等综合起来决定了AD595在额定环境温度范围内的输出稳定性。
图1显示了AD595的测量误差分布范围。
图中的坐标单位是℃。
1.2 热环境效应AD595本身固有的低能量耗散以及低热阻抗的封装使得他由于自身发热引起的误差可以忽略。
例如,在静止的空气中,芯片的环境热阻抗大约为80℃/W (D 型封装)。
在额定的800μW 的耗散下,在自由的空气中自身发热误差小于01065℃。
浸没于液态的氟中,热阻抗大约为40℃/W ,使得自身发热误差大约为01032℃。
图1 AD595的测量误差分布1.3 报警电路在所有的应用中,AD595的报警器的-AL M (13脚)应该限定在(V +)以内,且不超过-4V 。
这可以通过将13脚与4脚相连或者7脚的V -来实现。
在所有用到报警信号的应用中,13脚都应该接地,信号从12脚的+AL M 引出。
图2是一个典型的报警电路。
图2 AD595的报警电路连接图在这种连接方式中,正常工作下报警电阻应该是不工48测控技术张 睿等:基于热电偶放大器芯片AD595的小型测温系统作的,20k Ω的上拉电阻会使得12脚的+AL M 输出为高。
如果一或两个热电偶管脚发生故障,则+AL M 脚会马上变成低电平,如图所示,这个信号与T TL 门电路的输入兼容,作为一个缓冲器或者一个反向器来使用。
2 测温系统的设计2.1 系统的原理方框图图3中采用K 型热电偶与热电偶放大器AD595相匹配,运算放大器采用最常见的OPA37,A/D 转换器采用AD574,单片机采用P89C61X2BN ,显示芯片采用的是周立功公司的ZL G 7290。
图3 系统的原理方框图 2.2 A/D 转换器AD574AD574是快速型12位逐次逼近式A/D 转换器,无需再外接元器件就可以独立完成A/D 转换功能。
转换时间为15～35μs ,可以并行输出12位,也可以分为8位和4位两次输出。
AD574由模拟部分和数字部分混合而成,模拟部分由12位D/A 芯片AD565和参考电压组成;数字部分由控制逻辑电路逐次逼近寄存器和三态输出缓冲器构成。
AD574的输出状态由引脚STS 指示,STS 为1时转换正在进行,并在转换过程中保持高电平;转换结束后STS 返回为低电平。
STS 可以作为状态信息被信息位查询,也可以在他的下降沿向CPU 发出中断请求,以通知AD 转换完成,同时CPU 读出转换结果。
2.3 单片机P89C61X2BN 介绍在本系统中单片机采用的是P89C60X2/61X2,该器件采用高性能的静态80C51设计,以先进的CMOS 工艺制造并包含非易失性FLASH 程序存储器,可通过并行编程或在系统编程(ISP )的方法进行编程支持6时钟和12时钟模式。
P89C61X2BN 包含512B 和1024B RAM ,32个I/O口,3个16位定时/计数器、6个中断源、4个中断优先级、嵌套的中断结构、1个增强型UAR T 、看门狗定时器以及片内振荡器和时钟电路。
该芯片可以实现时钟输入、复位、ISP 下载等功能,具有1kB RAM 和64kB 程序内存。
P210～P217以及P110～P113作为AD 数据信号输入端;P010～P017和T0,T1,114,115作为D/A 转换器的输入端;TXD 脚和RXD 脚作为串行传输和接收端口,分别接MAX232的11脚和12脚,进行串行通信;复位采取上电自动复位和手工复位两种,按下按钮RESET 端为高电平,单片机复位。
ISP (可在线编程)下载时使用跳线,下载软件为FlashMagic.2.4 显示电路本文用到的显示芯片是ZL G 7290,他具有如下特点:(1)具有I 2C 串行接口功能;(2)可控扫描位数,可控任意数码管闪烁;(3)提供数据译码和循环、移位、段寻址等控制;(4)8个功能键,可以检测任一键的连击次数;(5)无需外接元件即可直接驱动L ED ,可以扩展驱动电流和驱动电压。
ZL G 7290(接线示意图略)的引脚Seg0～Seg7分别接液晶显示的8个引脚,他是L ED 显示位驱动及键盘扫描线,数据位Bit0～Bit7分别与开关相连接,根据程序的设置可以达到显示温度和设置温度的功能。
20脚SDA 接的是I 2C 总线接口数据/地址线,19脚SCL 连接I 2C 总线接口时钟线,他们与P89C61X2连接,实现单片机对ZL G 7290进行控制。
另外还有管脚/IN T KEY 是中断输入端,低电平有效,/RES 复位输入端也是低电平有效。
OSC1和OSC2连接了晶振以产生内部时钟,一个是输入另外一个是输出。
2.5 软件设计系统软件按模块结构设计,主要包括设定初值,调用子程序以及设置各个接口状态,读写操作控制等部分。
单片机控制软件主要完成下面几个功能,即A/D 转换控制和温度显示以及计算机串口通信等。
程序流程如图4所示。
图4 测温程序流程3 结 语利用AD595构建的这样一个小型测温系统,能方便地应用于各种设备中,使用比较便利。
参 考 文 献[1]Monolithic Thermocouple Amplifiers with Cold J unctionCompensation AD595.Analog Devices.Inc ,1999.[2]钟广学.半导体制冷器件及其应用[M ].北京:科学出版社,1991.[3]徐德胜.半导体制冷与应用技术[M ].上海:上海交通大学出版社,1992.[4]陈振林,孙中原.半导体制冷器原理与应用[J ].微电子技术,1999,27(5):6365.[5]宣向春,王维扬,半导体制冷器的进展[J ].半导体技术,1997,24(1):1418.58《现代电子技术》2006年第1期总第216期 测控・测量・自动化。