基于单片机的钢水温度测量仪的研制

摘要

温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产过程中测控的重要参数之一。在钢铁冶炼的过程中，温度直接影响钢铁的质量。炼钢过程中的钢水温度的测量是极其重要的。钢水温度高、检测环境恶劣使钢水温度测量成为炼钢工业中的一个难题。研制一种能快速，准确，连续测量钢水温度的测量仪对提高钢铁产品产量和质量有重要的意义。
　　 本课题就是针对钢水连续测温，并结合实际的测温环境，研制了基于单片机的钢水温度测温仪。文中详细叙述了课题设计的理论依据以及应用，根据普朗克定律和维恩位移定律推导出了比色测温的理论公式。该系统的优点是：系统能大大降低发射率对测温结果的影响，在最佳条件下，该影响可降至零。设计方案共分为三大部分：高温探头的设计研究、光电转换和电信号的放大、信号的处理过程。具体的步骤是利用光纤探头提取光信号，光信号经过光纤传输通过一个由步进电机带动的、装有两个波段不同的窄带干涉滤波片的双色调制盘，先后进行光电转换、放大、滤波送入模数转换单元A/D1674,把转换成的数字信号送入单片机系统AT89C51进行信号的处理，并将处理后的数字信号输出、显示。在软件设计方面，采用了模块化设计思想，设计了与硬件配套的软件，同时也进行了软件抗干扰的设计。系统软硬件分别调试通过后还进行了系统的联调，系统的仿真，仿真利用了韦福仿真器E6000/T，节省了系统开发的时间。最后通过模拟实验验证了光强和电压之间近似线性的关系，同时分析了该仪器测量时存在的误差。
　　 总之，在高温测温领域，采用光纤式测量钢水温度的方法比其它测温方法有很多优势，如：可实现连续测温，测温费用比传统的热电偶的方法低等。课题验证了采用比色法测量钢水温度的可行性，同时说明了光纤技术在高温测量中应用的先进性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外温度检测技术的发展趋势

1.3 国内外仪器仪表的发展趋势

1.4 国内外测温方法与测温仪器的分类

1.4.1 测温方法的分类

1.4.2 测温仪器的分类

1.5 比色测温仪的发展概况

1.6 课题来源及本文的主要内容

第2章 辐射测温原理

2.1 物体的热辐射

2.1.1 辐射测温的基本概念

2.1.2 辐射测温的物理基础

2.2 辐射测温的基本方法

2.3 辐射测温仪表的基本组成

2.4 辐射测温仪表的分类及简介

第3章 测温仪光学部分的设计研究

3.1 光纤式高温探头的设计研究

3.2 光纤的选择及保护材料的选用

3.2.1 光纤的选择

3.2.2 光纤保护材料的选用

3.3 双色调制盘的设计

3.4 两波长的选择

3.5 光电转换的研究及元件的选择

3.5.1 窄带干涉滤波片的选择

3.5.2 光探测器的选择

第4章 测温仪电路部分的设计

4.1 测温仪的基本原理及结构

4.2 系统调理电路部分的设计

4.2.1 放大电路的设计

4.2.2 有元滤波器的设计

4.2.3 A/D转换部分

4.3 单片机系统与扩展I/O口的设计

4.3.1 单片机型号的选择

4.3.2 单片机外围辅助元件的选择

4.3.3 程序存储器扩展

4.3.4 数据存储器扩展

4.3.5 键盘与显示器的设计

4.3.6 时钟日历电路的设计

4.3.7 通讯电路的设计

4.4 印刷电路板PCB的设计

4.4.1 PCB生成之前的错误改正调试过程

4.4.2 印制电路板的布线

4.4.3 PCB板电路抗干扰措施

4.4.4 印制电路板的尺寸与器件的布置

第5章 系统的软件设计、实验及分析

5.1 温度测量仪软件设计概述

5.2 主程序设计

5.3 数据采集子程序设计

5.4 数据处理子程序设计

5.5 键盘、显示子程序设计

5.6 时钟日历子程序设计

5.7 串行通讯子程序设计

5.8 系统的实验及分析

5.8.1 实验室的模拟实验

5.8.2 仿真试验及试验的结果曲线

第6章 结论

6.1 结论

参考文献

致谢