基于K型热电偶的电厂炉温监测系统设计

　　温度测量是一门应用极其广泛的技术，无论是能源动力工程中，还是大规模集成电路、生物技术、航天科技等新兴技术领域中，或者是与我们日常生活相关的领域中，发挥着非常重要的作用。
　　中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国。大部分的发电厂锅炉、工业锅炉是以煤炭作为主要燃料的，然而传统的烧煤方式比较落后，许多锅炉都采用老式的控制方式，这样就造成了控制加煤炭量的不准确，造成煤炭的浪费,还会造成严重的空气污染，因此研究锅炉温度的监测与控制，具有非常重要的现实意义。
1系统总体设计方案
　　电厂炉温监测系统以STC89C52单片机作为系统总控制器，,使用K型热电偶作为温度传感器,运用1602液晶显示屏显示,整个系统力求结构简单功能完善。
　　该系统首先运用传感器-K型热电偶把物理信号变成电信号,然后把电信号送入具有信号放大、A/D转换、冷端补偿功能的MAX6675芯片中，芯片再把经过处理的信号变成16位数字量传送到单片机的I/O口中进行显示,完成系统的显示工作。系统的控制工作也是由单片机控制,如果锅炉内温度低于设定温度，单片机就会输出低电平，经过三极管驱动继电器闭合实现电阻丝对锅炉加热,从而实现对锅炉温度的控制。图1为该系统的总框图。

2系统硬件组成
　　热电偶温度监测系统主要由01个部分组成，分别是:信号采集模块、MAX6675模数转换模块、单片机控制及外围电路、液晶显示部分。
2.1热电偶工作原理
　　热电偶是一种感温元件,它把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是2种不同成分的均质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。2种不同成分的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0C时的条件下得到不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第3种金属材料时,只要该材料13个接点的温度相同，热电偶所产生的热电动势将保持不变，即不受第3种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时，，可接入测量仪表,测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。
2.2热电偶冷端补偿方案确定
　　热电偶测量端为热端，通过导线与测量电路连接的端称为热端，热电偶在测量温度时要求热电偶的冷端温度保持不变,其测出来的热电动势才会准确,杯会影响测量效果,所以要对热电偶的冷端进行温度补偿。
　　冷端补偿的方法有分立元器件冷端补偿方案和集成电路温度补偿方案。案-的分立元器件冷端补偿方案,温度补偿器件体积大,使用不方便。方案二采用热电偶冷端补偿专用芯片MAX6675,MAX6675温度转换芯片具有冷端温度补偿以及对温度进行数字化测量2种主要功能，利用内置温度敏感二极管将环境温度转换成补偿电压，然后通过模数转换把补偿后的热电动势转换为代表温度的数字量，然后直接从串行接口输出测量结果。由于第2种方案实现简单,芯片体积小,测量准确,所以本系.统采用第2种方案进行热电偶的冷端补偿。
2.3MAX6675信号处理电路与单片机的接口实现
　　MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与单片机接口,因此它只能作为从设备即串行接口芯片。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信以交换数据。串行外部时钟由p3.5提供,它是单片机的串行输出口TXD,对应于SCK的串行时钟输入,片选信号由p3.6提供,对应于CS,最后由SO口读取测量结果。图2为MAX6675与STC89C52连接图。

2.4报警电路
　　图3为系统的报警电路图。

　　在单片机应用系统中，一般的工作状态可以通过指灯或者数码显示来指示,供操作人员参考,了解系统的工作状态,但是对于某些紧急状态,比如系统检测到的错误状态等,为了使操作人员不忽视系统出现的错误，及时采取措施,还需要某些更容易弓|起别人注意的信号。通常有3种方法来提示别人系统出现了错误。第一种是闪光警示,可以提醒人们注意;第二种是鸣音报警,发出特定的声响,作用于人的听觉器官，易于引起别人的察觉;第三种是语音报警,它不仅能在系统出现错误时发出语音警报,而且还会提示出系统发生错误的类型。
　　该系统采用的是蜂鸣器报警，蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,作发生器件,广泛应用于电子产品中。在单片机的开发应用中，蜂鸣器大多用来提示或者报警,比如按键按下、开始工作、工作结束故障发生等。常见的蜂鸣器有13个端子,较长的是正极,较短的是负极。蜂鸣器的工作电流一般比较大,但单片机的I/O口无法直接驱动,需要利用放大电路来驱动,一般使用三极管放大电流。在本系统中如果单片机P2.0口输出低电平时，三极管导通,发射极的5V电压就会驱动发光二极管和蜂鸣器工作。本系统采用的报警方式为一旦系统达到报警要求,发光二极管闪亮,蜂鸣器鸣叫报敬。
3结束语
　　本系统选用STC89C52单片机为核心控制器，以K型热电偶为传感器进行信号采集,以MAX6675芯片进行采集信号的处理包括信号放大，模拟信号到数字信号的转换,以及冷端补偿功能,采集到的信号直接送给单片机.进行温度的显示，并由单片机控制选择是否报警。加热部分由单片机控制继电器的通断，从而控制电路是否给锅炉加热,当单片机输出高电平，继电器导通，加热器工作给锅炉加热。此项研究的主要结果是显示被测量锅炉的温度，并且计算出系统的平衡热量。