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基于Proteus的Arduino學(xué)習(xí)08-MAX6675與熱電偶高溫測量的實現(xiàn)
這次我們使用熱電偶和MAX6675實現(xiàn)高溫測量，并且串口輸出溫度測量值。
一、熱電偶工作原理
兩種不同成份的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。
熱電偶就是利用熱點效應(yīng)原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。
熱電偶的實物如圖1所示。
圖1 熱電偶實物圖
熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個問題：
1、熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)；
2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；
3、當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這時候的熱電偶熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。
將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流。
二、MAX6675工作原理
根據(jù)熱電偶測溫原理，熱電偶的輸出熱電勢不僅與測量端的溫度有關(guān)，而且與冷端的溫度有關(guān)，需要測量出冷端溫度，從而才能準(zhǔn)確地測量出真實的溫度。下面將介紹集成冷端補償?shù)男酒琈AX6675。
MAX6675是MAXIM公司的K型熱電偶串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它能獨立完成信號放大、冷端補償、線性化、A/D轉(zhuǎn)換及SPI串口數(shù)字化輸出功能。
MAX6675內(nèi)部集成有冷端補償電路；帶有簡單的3位串行SPI接口；可將溫度信號轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字量，溫度分辨率達(dá)0.25℃；內(nèi)含熱電偶斷線檢測電路。冷端補償?shù)臏囟确秶?20℃～80℃，可以測量0℃～1023.75℃的溫度。
MAX6675為SO-8腳封裝，工作電壓為+5V直流電壓，功耗為47.1mW，電流為50mA，適用于體積不大，不利散熱的裝置條件下使用，其引腳圖如圖2所示。其中SO為SPI串行輸出端口引腳；
CS為片選信號；SCK為串行時鐘輸入；T+、T-分別接熱電偶的測量端和冷端。
圖2 MAX6675引腳圖
首先，我們需要proteus仿真里面添加K型熱電偶和MAX6675，在元器件搜索欄中輸入“TCK”和“MAX6675”，并添加至元器件選擇欄中，如圖3和4所示。然后，并將K型熱電偶的紅色端和藍(lán)色端分別接至MAX6675的T+(2腳)和T-(3腳)，MAX6675的SO、SCK、CS分別接至Arduino
UNO的數(shù)字口8、9、10，熱電偶仿真圖如圖5所示。最后點擊MAX6675，設(shè)置冷端溫度為25℃。如圖6所示。
圖3 添加K型熱電偶
圖4
添加AMX6675
圖5 熱電偶仿真圖
圖6 設(shè)置冷端補償溫度
Arduino代碼清單：
#include
"Max6675.h"
Max6675 ts(8,
9, 10);
// Max6675
module: SO on pin #8, SS on pin #9, CSK on pin #10 of Arduino
UNO
// Other pins
are capable to run this library, as long as digitalRead works on
SO,
// and
digitalWrite works on SS and CSKl
void
setup()
{
ts.setOffset(0);
// set offset
for temperature measurement.
// 1 stannds
for 0.25 Celsius
Serial.begin(9600);
}
void
loop()
{
Serial.print(ts.getCelsius(),
2);
Serial.print("
C / ");
Serial.print(ts.getFahrenheit(),
2);
Serial.print("
F / ");
Serial.print(ts.getKelvin(),
2);
Serial.print("
K\n");
delay(3000);
}
編譯成功之后，導(dǎo)入proteus仿真軟件進(jìn)行仿真。通過調(diào)節(jié)K型熱電偶的溫度值，可以看到串口輸出的溫度數(shù)值，串口輸出的溫度值為熱電偶的溫度+MAX6675中設(shè)置的冷端溫度。【注】冷端溫度為25℃，熱電偶溫度為240℃、49℃的仿真圖如圖7、8所示。
【注】由于仿真環(huán)境為理想環(huán)境，傳感器為理想模型，僅能驗證能否對傳感器進(jìn)行讀寫操作，初步地驗證程序的正確性。實際測量過程中，測量溫度與實際溫度會有一定的誤差，誤差大小和傳感器、環(huán)境等都有關(guān)系。
圖7
熱電偶為240℃時的仿真圖
圖8
熱電偶為49℃時的仿真圖
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