熱電偶校準硬件改造與軟件設計方案

微型計算機控制系統的硬件一般包括：微處理器（CPU),內存儲器（ROM、RAM), 以模 / 數轉換和數 / 模轉換為核心的模擬量輸入 / 輸出通道，開關量輸入 / 輸出通道。I/O 及人－機聯系設備，運行操作臺等幾部份，上海上儀股份公司通過微處理器的系統總線地址總線、數據總線和控制總線），構成一個完整系統。本設計以 8031 單片機為核心，外部擴展一片 2764 作為程序存儲器，及鎖存器 74LS373，采用 7135A/D 轉換器，并配有 CRT 顯示器和打印機等外部設備。

工作原理：標準熱電偶與被校偶信號一起送入多路模擬開關，選中的一路信號經放大器放大后送入 A/D 轉換器進行轉換，再把轉換出的信號輸入給 8031 單片機，8031 單片機把數字信號進行運算，計出所測溫度值，顯示及打印結果。

（一）微機中央處理單元

主要由 MCS-51 系列的 8031 單片機，程序存儲器 2764 和鎖存器 74LS373 等組成，單片機用于過程控制特別適合，由于其體積小、連線少，抗干擾能力強，故可以提高控制系統的可靠性，使用單片機控制，可使被控制系統工作在非常佳狀態(tài)，提高系統自動化程度。

（二）信號處理電路

本設計放大器采用低溫漂的 AD OP-07，其溫漂系數為 0.2微伏 /℃，用差模輸入進一步抑制放大器的零點漂移。其工作原理為：對 S 型標準熱電偶預先進行一級放大后，與被校偶信號一起送入多路開關 4051，由 8155 的 PB 口 0~2 發(fā)出選通信號，選中的一路信號經放大器放大后送入 ICL7135 進行 A/D 轉換。

（三）A/D 轉換電路

本設計采用雙積分式 A/D 轉換器 ICL7135，它是 MAXIM 公司生產的高精度 A/D 轉換器，提供 ±20000 的計數分辨率，具有雙極性高阻抗差動輸入，它采用自校零技術，自動極性和超量程辨別功能，輸出是動態(tài)分時的 BCD 碼，與 8031接口簡單，此片子為 4（1/2）精度，為提高轉換精度，采用了高精度電壓基準 ICL8069 作為參考電源。

（四）鍵盤、顯示及打印接口電路

本系統鍵盤為 1 行 4 列共四個鍵，由 8155 的 PB 口提供行，PC 口的 PC0~3 提供列選通信號。顯示由 8031 的串行口擴展 5片串入，并出的移位寄存器 74LS164 接五只 LED 七段數碼管，用來顯示操作人員要求顯示的內容或報警信號。打印采用一片 8155 建立一個打印接口電路，打印機通過標準 20 針插座與8155PA 口、PB 口、PC 口連接，PA 口接打印機 8 位數據線，PB口接打印機的選通線，采用中斷控制，PC4 接打印機的 BUSY 線。

五、系統的軟件設計

軟件的設計采用模塊化結構，由主程序，初始化程序，中斷服務程序，查表子程序，打印子程序，鍵盤掃描子程序和顯示子程序組成，整個程序采用 8031 匯編語言編寫。

（一）主程序

主程序的功能主要是系統的初始化，熱電偶的校檢測試，參數顯示，打印和鍵處理等功能。主程序主要根據鍵按下的情況，控制多路開關 4051 的選通，選擇循環(huán)校準或監(jiān)視狀態(tài)，同時不斷進行鍵盤掃描和顯示，在循環(huán)校準中，當溫度值改變時，軟件將熱電偶號數遞增與遞減時兩次校準（即A/D轉換后查表）的結果顯示并進行比較，若小于2℃則顯示1#偶（標準偶）并鍵掃描及鍵處理等，若大于2℃，說明被測溫度點還未穩(wěn)定，此時調用初始化程序后重復進行校準。

（二）中斷服務程序

本系統設計為：當 ICL7135 被啟動后，開始 A/D 轉換，動態(tài)地輸出萬、千、百、十、個位 BCD 碼結果，同時產生5 個字位選通脈沖 D5~D1。本設計采用查詢法采集 A/D 轉換數據，以上是軟件程序的主要部分，查表子程序、打印、顯示、鍵盤掃描等不再介紹。

六、系統的調試使用

本系統經安裝、調試、使用，結果如下：（1）校準時間短；（2）工作效率提高；（3）誤差小、精度高；（4）能準確地顯示溫度值，比較直觀；（5）測量范圍大、可靠性高、使用方便；（6）節(jié)約成本。

七、結束語

本系統的硬件設計主要從保證精度及節(jié)約成本兩方面考慮，軟件的編制實現了各功能程序子程序化，模塊化便于調試連接 , 通過本系統的建立，解決了原熱電偶校準費工、費時、誤差大、成本高等問題，可以滿足本司熱電偶校準的要求。本系統存在與檢定爐的溫度控制是兩個獨立單元的不足，下一步計劃是通過軟件連接成一體化控制系統，使該系統更加優(yōu)化。

【致謝】本系統從設計、安裝、調試、使用各個階段都得到了公司相關工程技術人員的大力支持和幫助，并對該系統提出了寶貴的意見，在此表達衷心的感謝！同時感謝上海上儀股份公司提供了一個生產實踐與理論結合的技術平臺讓自己充分發(fā)揮專業(yè)知識，亦非常感謝對此次論文進行閱讀 , 謝謝！