基于热电偶试验数据拟合的温度检测仪设计

5 冷端补偿的软件设计

采用单片机软件进行信号处理与运算，可以替代传统集成运放等传统硬件电路，从而简化电路结构，缩小电路板体积。本文由软件实现的冷端自动补偿的部分C语言程序设计如下：
………(受篇幅所限，省略有关液晶驱动、AD转换子程序及有关变量声明)
while(1) //无限循环以对环境电势和现场电势进行全程采集
{
VAL= A_D0( )； //对通道0进行A/D转换，采集现场电势E2的数字量
E2=8×VAL/25-1; //计算现场电势，依据式(4)和式(6)的化简结果
VAL=A_D1( ); //对通道1进行A/D转换，采集环境电势E1的数字量
E1=VAL/40-3；//计算环境电势，依据式(2)、(3)和(6)的化简结果
E=E2+E1； //计算标准电势
T=24×E+E/2-4；//计算热端温度，依据式(5)的化简结果
display(T)；//调用显示程序，在LCD上显示热端温度
………
}

6 测温仪表的仿真与试验

为确保热电偶冷端补偿的软硬件设计正确，缩短开发周期，本文基于Proteus软件进行了仿真。其基本过程是：(1)设计图1以及图1和图4所示的仿真原理图;然后将图1中的热电阻R18取值为111.88Ω(30℃时的试验值)，再将图2中的输入现场电势取为37.325 mV(900 ℃时K型热电偶的标准电势); (3)运行仿真，即可得到图4所示热端温度的仿真效果。进一步试验表明，系统测量误差小于5℃。

热电阻随环境温度的变化，可以线性地变换为环境电势随环境温度的变化，从而可以利用热电阻测出环境电势。现场电势与输出电压间的关系是以试验数据的拟合为基础，而不是简单地利用理想集成运放的计算公式，结果可使检测精度明显提高并简化电路设计，这种设计方法的优点是可以充分利用单片机强大的数据处理功能。

通过对环境电势信号和现场电势信号的采集和A/D转换，再由单片机对转换后的两个数字信号变换、求和，即可实现热电偶冷端的自动补偿，不仅过程简单，而且可以大大简化传统补偿电路，符合用"软件代替硬件"的现代设计思想。