过单片机内部软件控制来实现。温度传感器采集温度是通过单 片机内部软件来控制继电器的开断，从而控制加热管的加热情况。热电偶对加热 管进行测温，将热电偶输出的热电势经放大电路放大后再经过转换，输入到 单片机，单片机内部软件程序将其与设定值进行比较，再对继电器的状态进行控 制，最终达到题目规定的要求温度。定时电路方面也通过单片机来设定通电时间， 控制继电器的开断状态。两个电路部分均可控制继电器的状态，时钟的时间显示 和实时温度都显示在液晶显示屏上。 图方案系统框图 方案 方案系统框图如图所示。 本系统主要部分为控制电路部分加热电路部分和测量电路三部分。控制电 路是由单片机来处理给定信号和反馈信号，发出相应的指令来控制可控硅，是系 统的核心。对温度的控制是通过可控硅调节功能电路实现的。在给定的周 期内，只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝的功率，从而达到 调节温度的目的。而可控硅的接通时间可以通过可控硅极上触发脉冲控制。该触 发脉冲由用软件在引脚上产生，受过零同步脉冲同步后经光耦合管和 驱动管输出送到可控硅的控制极上。过零同步脉冲是种交流电压过零时 刻的脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零时触发导通。该脉冲方面作为可 控硅的触发同步脉冲加到控制电路中，另方面还作为计数脉冲加到的 和端。加热电路用来实现对系统的升温加热达到预定的温度。根据检测温度 是否达到要求，控制电路利用双向可控硅的通断特性来决定加热电路的通电与断 电。测量电路功能为将测量到的信号经过处理变成数字信号送入单片机中进行处 理，主要由温度检测和变送器组成。单片机内部完成时钟和定时功能，时钟为 小时制，定时是实现从七个小时的定时功能，最终将温度 值和时间值通过显示器显示出来。除上述电路部分，还要连接等 接口芯片，为温度测量电路的输出接口，用于把连续变化的信号进行离 散化。 图方案系统框图 方案比较 方案主要由外部电路将温度信号通过变换器和进行处理，再将信号输 入给单片机，需要用到可控硅脉冲产生和算法，比较复杂方案将功能 的实现都由单片机内部的软件程序来完成，节省了外部器件资源，操作简单提高 了工作效率。 结论 通过上述方案的比较最终确定选择方案。 元器件的选择 温度传感器的选择 温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是 温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大 类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。 热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应 各种大气环境，而且结实，无需供电，也是最便宜的。热电偶由在端连接的两 条不同金属线金属和金属构成，当热电偶端受热时，热电偶电路中就有 电势差。可用测量的电势差来计算温度。型和型热电偶在中高温的测量中都 应用广泛，其中型热电偶又称铁康铜热电偶，是种价格低廉的廉金属的热 电偶。型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性 较好，价格便宜等优点。铁康铜热电偶的覆盖测量温区为，但通常 使用的温度范围为。既可用于氧化性气氛使用温度上限，也可 用于还原性气氛使用温度上限，并且耐等气体腐蚀，多用于炼油及 化工。型热电偶也具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性 较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点。本方案采用型镍络镍硅热电偶，因 为它宜在氧化性惰性气氛中连续使用，长期使用温度，短期， 而且在所有热电偶中它的使用最为广泛。 这两种型号的热电偶都具有线性度好，热电动势大，灵敏度高等特点，但是 基于不同热电偶在应用中的普遍性，型热电偶通常温度范围在，而 且多用于炼油及化工方面。型镍络镍硅热电偶可用于，且 般应用于采暖装置中，完全可以满足题目和实际需求，因此本系统采用型镍 络镍硅热电偶。 转换元件的选择 模数转换器，是把经过与标准量或参考量比较处理后的模拟量转换成以 二进制数值表示的离散信号的转换器，简称或转换器。模数转换器最 重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能 够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强， 转换器的性能也就越好。转换般要经过采样保持量化及编码个过程。 在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程 中是同时实现的。 本次毕业设计应用芯片，它的采样分辨率是位，它是以逐次逼近 原理进行模数转换的器件，转换时间为，输入模拟电压为单极性的 。其内部有个通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号， 只选通路模拟输入信号中的个进行转换。它是转换的基本的常用元 件，被广泛应用于数据采集及示意图 热电偶产生的热电势温差电势，是由两种导体的接触电势和 单导体的温差电势组成。接触电势由互相接触的两种金属导体内自由电子的密 度不同造成的。两种不同材料的导体或半导体组成个闭和回路如图所 示，当两接点温度和不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为 热电效应。两种导体的接触电势，分别如式式 所示   所以回路的总接触电势为  另个方面，在根均匀的金属导体中，如果两端的温度不同，则在导体的 内部也会产生电势，这种电势称为温差电势。对于两种金属组成的热电偶 回路，温差电势可由式表示  ， 式中为导体的汤姆逊系数为导体的汤姆逊系数。综上所述， 对于均匀导体组成的热电偶，其总电势，为接触电势与温差电 势之和，该总电势即为温度采集信号。  ， 热电偶性能和参数 热响应时间 在温度出现阶跃变化时，热电偶的输出变化至阶跃变化值的所需要的时 间称为热响应时间，用表示。 公称压力 般是指在工作温度下保护管所能承受的静态外压而不破裂，实际上，公称 压力不仅与保护管材料直径壁厚有关，还与其结构形式安装方法置入深 度以及被测介质的流速和种类等有关。 热电偶最小置入深度 应不小于其保护管外径的倍特殊产品例外。 冷端温度补偿单元的设计 热电偶冷端温度补偿电路如图所示。 热电偶的热电势大小与热电极材料及两端的温度有关，为保证输出热电势是 被测温度的单函数，必须保持个结点的温度为恒定。热电偶的分度表和根据 分度表刻度的温度仪表，都是以热电偶的冷端温度等于为条件的，所以在使 用时必须遵守这条件。 在选择冷端补偿方法之前，值得考虑的是如果热电偶的冷端和电热管的距离 相近，冷端温度将直接受其影响，想要保持在是不现实的。为了解决这问 题，采用了冷端延长线的方法。所谓冷端延长线实际上就是把定温度范围内与 热电偶具有相同热电特性的两种较长金属导线与热电偶配接。它的作用是将热电 偶冷端移至离热源较远并且温度较稳定的地方，从而消除冷端温度变化带来的影 响。本设计将热电偶冷端移至温度在上下的室内。热电偶冷端温度补偿的 方法有很多，本设计采用工业上常用的电桥补偿法。 图热电偶冷端温度补偿电路原理图 在热电偶与显示仪表之间接入个直流不平衡电桥，也称冷端补偿器，它的输出 端与热电偶串接。电桥的三个臂由电阻系数很小的锰铜丝绕制，使其值不随温度 的变化而变化另桥臂由电阻系数较大的铜线绕制，其阻值在时为 ，此时电桥平衡，两端没有电压输出。当电桥所处的环境温度变化时， 电阻的阻值随之改变，于是电桥将有不平衡电压输出。电阻经过适当选择， 可使电桥的输出电压特性与配用的热电偶的热电特性相似，同时电位差的方向在 超过时与热电偶的热电势方向相同若低于时与热电偶的热电势方向相 反，从而自动得到补偿。补偿后，热电偶的输出电势为 转换单元的设计 转换单元设计思路 转换单元的电路图如图所示。 热电势经放大电路放大后可输出左右的电压，将该模拟量输入值接到 转换个模拟输入端的接口。的采样分辨率是位，它以逐次逼 近原理进行模数转换，将模拟量转换为数字量，该数字量送到单片机内部与温 度设定值进行比较。 由于片内无时钟，故利用提供的地址锁存允许信号 经触发器二分频后获得，脚的频率是单片机时钟频率的。单 片机的时钟频率采用，则脚的输出频率为，再二分频后为 ，恰好满足对时钟频率的要求。由于具有输出三态 锁存器，其位数据输出引脚可直接与数据总线相连。 图转换单元原理图 芯片介绍 是单片逐次比较位模数变换器。片内包含位模 数变换通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。通道多路转换器能直 接连通个单端模拟信号中的任何个。由于设计时考虑到若干种模 数变换技术的长处，所以该芯片非常适用于过程控制微控制器输入通道的接 口电路智能仪器和机床控制等领域。 主要性能 逐次比较型 工艺制造 单电源供电 无需外部进行零点和满度的调整 可锁存三态输出，输出与兼容 易与各种微控制器接口 具有锁存控制的路模拟开关 分辨率位 功耗 转换时间 转换精度 极限参数 电源电压 控制端输入电压 其他输入和输出端电压 贮存温度 功耗 引线焊接温度 气相焊接 红外焊接 抗静电强度 时钟芯片介绍 美国公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路 的结构工作原理及其在实时显示时间中的应用。它可以对年月 日周日时分秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。现在流 行的串行时钟电路很多，如等。这些电路的接 口简单价格低廉使用方便，被广泛地采用。是公司的 种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉 电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通 晶振。是美国公司推出的种高性能低功耗 带的实时时钟电路，它可以对年月日周日时分秒进行计 时，具有闰年补偿功能，工作电压为。采用三线接口与进 行同步通信，并可采用突发方式次传送多个字节的时钟信号或数据。 内部有个的用于临时性存放数据的寄存器。是 的升级产品，与兼容，但增加了主电源后背电源双电源引 脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。的引脚排 列,其中为后备电源，为主电源。在主电源关闭的情况下，也能 保持时钟的连续运行。由或两者中的较大者供电。当 大于时，给供电。当小于时， 由供电。和是振荡源，外接晶振。是复位 片选