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使用MAX31855和PICAXE測量熱電偶溫度的集成電路實驗研究

來源:www.kimmosasi.net作者:發表時間:2016-11-09

使用MAX31855和PICAXE測量熱電偶溫度

熱電偶基礎
        測量溫度有幾個選擇:熱敏電阻,矽器件和電阻溫度檢測器隻是三個例子。最古老和最簡單的是熱電偶,它也是這個項目中使用的設備。

        熱電偶僅僅是兩種不同金屬的結,並且基於這樣的事實,即這種金屬結產生與溫度成比例地變化的電壓。溫度越高,電壓將越高。互聯網上充滿了對這種現象的描述,稱為Seeback效應,因此沒有必要在這裏停留。

        然而,重要的是,熱電偶的簡單性 - 兩根導線結合在一起 - 增加了其在高溫測量中的可用性。金屬的選擇影響溫度升高到電壓增加比,並且使用幾種不同的金屬組合來產生熱電偶以利用該特性。熱電偶類型通過使用字母表中的字母來表示所使用的金屬組合。其中最常見的是“K”型熱電偶,這是本項目中使用的類型。

        使用熱電偶的顯著困難在於電壓變化非常小,因此難以正確地轉換為實際溫度。另外,不僅需要確定由熱電偶測量的介質的溫度,而且還需要確定正在讀取電壓的位置處的環境溫度。有這兩個問題的解決方案,一些最好的解決方案是基於專門的集成電路。
 

MAX31855
        MAX31855集成電路是Maxim Integrated的產品。這個小寶石不僅從熱電偶讀取電壓,放大它,並執行模擬到數字轉換,但它還提供內置冷端補償。不幸的是,許多愛好者,MAX31855隻能作為SOIC-8封裝的表麵貼裝器件(SMD)。因此,諸如Digi-Key和Adafruit這樣的中斷模塊的普及性很高。這樣的模塊的成本可能對一些有點,如果這包括你,還有一個更便宜的選擇:買一個裸芯片,並焊接到一個突破(也稱為轉換器)板。這樣的板的示例在下麵的照片中示出;單擊照片獲得較大圖像。

        如您所見,PCB設計為接受SOIC-8 SMD,並將其連接延伸到DIP(雙列直插式引腳)配置的引腳插座。

        組裝分線板並不困難,如果你有一個體麵的烙鐵和中等(或更好)的技能。確保您檢查引腳以連接分線板上的連接;許多是像這裏所示的,但你的可能是不同的。

        將兩個4針插頭插入無焊麵包板,如下圖第一張所示;一個標題應位於麵包板中心的通道的每一側。然後將分線板放在插頭上,如圖所示,並將所有八個插頭引腳焊接到PCB。 (小心不要對您的無焊麵包板施加過多的熱量,或者更好地使用舊的犧牲麵包板。)

        一旦插頭引腳焊接到位,如圖所示定位MAX31855 IC,並將一個引腳(隻有一個)焊接到分線板;左邊的照片顯示MAX31855的引腳8在正確的位置。檢查您的工作,如果需要重新定向IC;一旦你確定每個引腳對準到正確的焊盤,焊接剩餘的七個引腳。你的程序集應該看起來像下麵的照片。

電路
        該項目的電路不複雜,這要歸功於MAX31855的廣泛功能以及令人驚歎的PICAXE-08M2微控製器的使用。除了這兩個集成電路之外,您還需要一個用於PICAXE的編程電路,一個合適的IDE,一個串行LCD和一個與此類似的K型熱電偶。原理圖如下圖所示。點擊它為一個更大的版本。此外,您需要一個良好過濾和調節的3.3VDC電源,如這一個;在一個捏,兩個堿性單電池串聯也會做。


        如果使用MAX31855模塊,隻需按上圖所示連接實際IC引腳,即可正常工作。

 
大會
        為了實驗和開發目的,建議在無焊麵包板上進行施工。這樣的組件如下所示;請注意,照片中的線顏色對應於上圖所示的原理圖上的名稱。一旦你對設計感到滿意,並且想要更永久的東西,你可能想要建立一個perfboard版本或為電路設計一個PCB。


代碼
        此項目的代碼如下所示,可供下載。雖然它很好的評論,一些額外的解釋可能是有幫助的。

MAX31855能夠使用SPI(串行外設接口)通信,但PICAXE-08M2不支持。但是,可以使用“bit-banging”將數據從31855傳輸到08M2。這種用於測量探針溫度的方法包括線36至41.在16次迭代中的每一次迭代中,一位串行數據被傳送到PICAXE中並作為字變量存儲在位置w1中。同樣,環境溫度在線43至48中移動並存儲在位置w0中。
使用這兩個字變量單元(w0和w1)可以單獨訪問每個字中的16位。請參見MAX31855數據表的第64,72,76和80行以及第10頁。
行50和51使用邏輯移位來在顯示之前丟棄不需要的比特。
所有的serout命令都格式化為使用LCD117串行到並行適配器和一個4行20字符的LCD。如果使用不同的顯示設置,則需要相應地修改代碼。
這個項目不需要,並且代碼不支持測量負的溫度。如果熱電偶或環境傳感器遇到低於0°C的溫度,將顯示錯誤信息,但不會造成危害。見第53-57行。
MAX31855還包括檢測熱電偶何時斷開,對地短路或短路到+ V的能力。任何三個故障條件將導致在顯示器上的適當通知。見第69-87行。