1D1BRIDGE1JP?21421U67805VCC+5V3C11C10104470uF/16V交流电压12V3470uF/16VC8C9104GND12Vin470uF/16VC13GNDU7C1479051042VinC15470uF/16V3C16104-5V-VCC
图3-3电源电路图
3.3 温度检测电路的设计
本系统采用K型热电偶传感器进行对远距离的8路温度进行检测，K型热电偶传感器的作用是将采集到的温度信号转换成电压信号。
K型热电偶是现在使用最广泛的廉价热电偶，其用量是最多的，几乎是其它热电偶使用之和。K型热电偶丝的直径通常是1.2～4.0mm。
正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90:10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni:Si=97：3，其使用温度为0℃～1300℃。
K型热电偶具有线性度好，灵敏度高，均匀性较好，稳定性与热电动势较大，价格便宜，抗氧化性能强等优点，它可以在氧化性惰性气氛使用中，它被用户广泛地所采用。K型热电偶不能直接用于氧化交替的气氛中和真空中，弱氧化气氛，也不能够在高温下用于硫，还原性或还原。根据本设计技术要求测温范围为：0～1000℃，选择K型热电偶能满足要求。
表3-2 K型热电偶性能说明 分度号 材质 补偿导线型号 补偿导线材质 正极 铜
负极 康铜 K 镍镉-镍硅 SC x121y0x0
图3-4 K型热电偶传感器
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3.4 多通道切换电路的设计
本系统是一个多路巡检的系统，为了实现8路检测，如果在每一路都接一个A/D采样通道，这样太浪费资源，所以要使用模拟通道开关芯片，可以实现多个通道的快速切换，这样只要一路A/D采样通道即可实现8路巡检功能，同时还可以保证各通道电流的一致性。本设计所用多路开关是两个单八路模拟开关CD4051。CD4051引脚见图3-5。
OUTx3U3XX0X1X2X3X4X5X6X7INHVCCVEEGNDCD4051ABC131415121524611109x0x1x2x3x4x5x6x7VCC-VCC1678U4OUTy3XX0X1X2X3X4X5X6X7INHVCCVEEGNDCD4051ABC131415121524611109y0y1y2y3y4y5y6y7P34P35P36P37VCC-VCC1678
图3-5 CD4051引脚图
CD4051相当于一个单刀八掷开关， 其中“INH”是禁止端，当 “INH”=1时，各通道均不接通。只有当“INH”=0时，才能选通某一通道，使开关接通。开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。当ABC输入000～111，分别对应0～7通道上的开关处于闭合状态。此外，CD4051还有另外一个电源端VEE，它是当作电平位移的时候用的，能使一般在单组电源供电情况下工作的 CMOS电路所提供的数字信号能够直接控制CD4051，并且使CD4051可传输峰－峰值达到15V的交流信号。比如，如果模拟开关的供电电源VCC=＋5V，当VEE=－5V时，只要对这个模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可模拟信号的幅度范围控制在－5V～＋5V的。输入状态和接通通道见表3-3。
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表3-3 CD4051连接状态表
INH 0 0 0 0 0 0 0 0 1 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 连接状态 0 1 2 3 4 5 6 7 均不接通 3.5 A/D转换电路的设计
本文采用MAX6675芯片进行对K型热电偶传感器采集到的模拟信号进行信号的线性校正、放大、冷端补偿、A/D转换处理。K型热电偶是一种主要的温度传感器，具有测量精度高、测温范围宽、测量速度快、使用方便等特点。然而把K型热电偶用在基于单片机的系统时，却有着下面几个问题。
1.热电偶输出的热电势同温度之间存在非线性关系，所以在使用的时候一定要对其实行线性化处理。
2.热电偶输出的热电势是热端与冷端温度t0=0℃时的电势之差，但是在实际测量时冷端的温度会随环境温度的变化而改变，所以对其要实行冷端补偿。
3.与MCU系统接口一定要进行数字信号输出，而热电偶传感器输出的模拟信号一定是不能满足要求的，所以需要进行A/D转换。
综上所述，如果将热电偶应用在单片机系统时，需要设计出复杂的信号放大电路、冷端补偿电路、线性校正电路、A/D转换电路及数字化输出接口。假如能够把上面所提到的功能集成到一个集成芯片中，就是采用一个芯片来完成信号的放大、冷端补偿、线性化校正以及数字化输出功能，那么就能够使热电偶在单片机的应用设计得以简单化。
MAX6675芯片是Maxim公司推出的一种K型热电偶专用A/D转换器，内部集成了信号调节放大器、冷端补偿电路、12位的A/D热电偶转换器、数字控制器、SPI串行接口与SPI有关的逻辑控制。 MAX6675芯片有以下特性：
1.测温范围为：0℃～+1024℃； 2.SPI串行接口输出温度值； 3.12位0.25℃的分辨率； 4.高阻抗差动输入；
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5.冷端补偿；
6.K型热电偶断线检测； 7.功耗较低； 8.电源电压为:+5V； 9.2000V的ESD信号；
10.工作温度范围为：-20℃～+85℃。
该器件采用8引脚SO帖片封装，引脚排列如图3-6所示。
U2P15P16P17765SOCSSCKT+T-VCC324OUTxOUTyVCCC120.1uF
GNDMAX66751
图 3-6 MAX6675的引脚图
由热电偶测温的方法可知，热电偶的输出热电势不仅仅取决于热端的温度，还同冷端的温度也有关，芯片通过对它内部元器件参数进行激光修正，从而使K型热电偶的非线性得到内部校正。同时，MAX6675内部集成的热电偶断线检测电路、冷端补偿二极管电路、非线性校正电路都让K型热电偶的应用得以简化，它的工作原理如图3-7所示。
图3-7 MAX6675内部结构图
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3.5.1 模拟信号的放大
MAX6675片内先通过信号调节放大器把热电偶输出的热电势信号转换成与ADC输入通道能够兼容的电压信号，T+和T-输入端与低噪声放大器A1相连接，那么就使检测输入的精度变高，同时把干扰源与热电偶连接导线相隔离。热电偶输出的热电势通过低噪声放大器A1放大之后，通过电压跟随器A2缓冲后,送到ADC的输入端。
3.5.2 热电偶的冷端补偿
在将温度电压值转换为相同的温度值之前,MAX6675需要对热电偶进行冷端补偿，冷端温度就是MAX6675周围的温度同0℃实际参考值之差。芯片是通过冷端补偿的方法来校正周围温度变化的。MAX6675能够将冷端温度经过其内部的冷端补偿二极管转化成补偿电压。
3.5.3 信号的A/D转换
为了得到热电偶实际测量的温度值，MAX6675从热电偶的输出与温度补偿二极管的输出测量电压。MAX6675内部电路把冷端补偿二极管电压与热电偶输出电压送至ADC中转换，从而计算出热电偶的热端温度。
MAX6675采用标准的SPI串行接口输出数据的。MAX6675芯片通过SPI串行接口输出数据的过程是这样的：片选信号端CS为高电平时启动温度转换，低电平时允许数据输出；SCK为时钟输入端；SO为数据输出端，AD转换后的12位数据由S0以SPI方式输出。CS端接单片机的P1.6脚,SCK引脚接单片机的P1.7脚，SO引脚接单片机的P1.5脚。
3.6 显示电路的设计
本文采用两位一体的共阴数码管显示通道号，四位一体共阴数码管显示温度信息，两位LED是共阴极的两位动态显示数码管，其内部有两个共阴极数码管，四位LED是共阴极的四位动态显示数码管，其内部有四个共阴极数码管，选择动态的显示数码管可以节省单片机的I/O。另外由于单片机的I/O口驱动能力有限，本文采用三极管来驱动LED显示。
共阴极（C0M）数码管是通过把发光二极管的阴极连接起来，即共阴数码管。其在使用的时候应该把公阴极C0M接地，当其中一个字段的阴极是低电平的时候，这一字段就会亮。当其中一个字段的阴极是高电平的时候，这一字段就不亮。
动态显示数码管是使用最多的一种显示方式之一，动态驱动是把数码管\c,d ,e, f, g, dp\的同名端接在一起，除此之外为所在的数码管公共极C0M提供位选通的控制电路，位选通是由每个独立的I/O口控制，单片机可以输出字形码，数码管也可以收到相同字形码，最终单片机可以通过位选通（C0M）端的电路控制显示出字形
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基于单片机的多路温度巡检系统设计毕业设计说明书
