0 引 言
随着电子工业及信息技术等产业的迅速发展,对于具有导电功能的高分子材料的需求越来越迫切。导电复合材料具有质量轻、无锈蚀、易于加工成各种复杂形状,尺寸稳定性好,电导率在较大范围内可调,易于大批量生产以及价格便宜等特点,因此广泛应用于抗静电、微波吸收、自控温发热材料、电磁波屏蔽等领域。其中,炭黑复合导电材料是目前应用最广,用量最大的一种。在此以AT89S51单片机为核心,设计一种简易的测量炭黑复合导电材料电阻和温度系统,系统框图如图1所示。
单片机通过热电偶放大器芯片采集当前的温度值;通过电压转换电路采集电阻值,送到FM24C02以备查询,LCD显示当前的电阻和温度情况,使用者可以方便地读出电阻和温度的变化,还可以通过串行口和上位机上进行通信。
l AD595的工作原理与应用
AD595是AD公司生产的一款热电偶放大器,将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在1块单片芯片上,产生一个10 mV/℃的输出。管脚的可选择性使其可以作为一个线性放大补偿器或者是设置工作点控制器的开关输出。
AD595包含一个热电偶故障报警,如果热电偶的一脚或双脚开路,可以显示报警信号。报警输出有很多种灵活的方式,包括TTL形式。
AD595能够用一个单端+5 V电压供电。如果用负电压,则可以测量O℃以下的温度。为了使其自身发热最小化,一个无负载的AD594/AD595的总电流是160μA,当然也可以把5 mA以上的电流传送给负载。
1.1 温度稳定性
每个AD595都测试过在不同温度时对零点进行测量时的温度误差。冷接头补偿器的误差、放大器的偏移量以及增益误差等综合起来决定了AD595在额定环境温度范围内的输出稳定性。图2显示了AD595的测量误差分布范围。图2中的坐标单位为℃。
1.2 热环境效应
AD595本身固有的低能量耗散以及低热阻抗的封装使得它由于自身发热引起的误差可以忽略。例如,在静止的空气中,芯片的环境热阻抗大约为80℃/W(D型封装)。在额定的800μW的耗散下,在自由的空气中自身发热误差小于0.065℃。浸没于液态的氟中,热阻抗大约为40℃/W,使得自身发热误差大约为O.032℃。如图2为AD595的测量误差分布。
单片机采集温度值时,AD595的第1脚感受炭黑导电材料的温度变化;第8脚输出与温度对应的电压变化,变化系数为10 mV/℃,该电压经过LM358放大送至V/F单元进行转换,之后单片机把采集信息存放在FM24C04中。
2 V/F转换器件LM331
LM331是美国NS公司生产的性价比较高的集成芯片,可作精密频率电压转换器使用。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到4.OV电源电压下都有极高的精度;同时,它的动态范围宽,可达100 dB;线性度好,最大非线性失真小于O.01%;工作频率低,到O.1 Hz时还有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。电路见图4。
[page]
3 单片机AT89S51及ISP接口
AT89S51单片机兼容MCS51微控制器,但比早期的AT89C51做了改进,内带看门狗定时器,无需外加监控芯片,通过软件设置就可保证系统可靠工作,并且支持在系统可编程,不需要从电路板上取下器件就可对空白器件进行编程。
单片机采集电阻信号时,通过一个恒流源电路把炭黑的电阻转换成电压值,放大后转换成频率信号送至AT89S51,单片机把采集信息存放在FM24C04中以备查询。
AT89S51的ISP有串口和并口2种方式,设计中采用并行下载接口方式,其与单片机的接口电路如图4所示,该电路下载速度快,工作稳定。采用Easy51Prov2.O软件即可完成在线编程。
4 显示电路T6963C
在中规模图形液晶显示模块中,内置T6963C控制器的液晶显示模块是目前较为常用的图形液晶显示模块。内置T6963C控制器型液晶显示模块的驱动控制系统是由液晶显示控制器T6963C及其周边电路,行驱动器组,列驱动器组以及液晶驱动偏压电路组成。
T6963C的最大特点是具有独特的硬件初始值设置功能,显示驱动所需的参数如占空比系数,驱动传输的字节数/行及字符的字体选择等均由引脚电平设置。这样T6963C的初始化在上电时就已经基本设置完成,软件操作的主要精力就可以全部用于显示画面的设计。T6963C使用了硬件初始化设置,所以使得其指令功能集中于显示功能的设置上,从而加强了T6963C的显示控制能力。
T6963C指令的运行时问有些是不能确定的,这是因为有些指令的运行要受到当时控制部分的状态影响。T6963C指令中有的指令需要参数的补充,如地址指针的设置。T6963C指令参数的输入是在指令代码写入之前。T6963C的指令写入的流程图如图6所示。
5 软件设计
系统软件按模块结构设计,主要包括设定初值,调用子程序以及设置各个接口状态,读/写操作控制等部分。单片机控制软件主要完成下面几个功能,即V/F转换控制、电阻值和温度显示以及计算机串口通信等。软件采用C语言程序(略),程序流程如图7示。
6 调试过程及结果
将被测信号放大,通过V/F转换(LM331)器将模拟量转换成频率,并用CPU读取频率值,通过转换计算,得到被测信号的数值。
电阻测量:利用恒流源,将恒定电流流过被测试样并将电压值转换成频率值,电流不能太大,较大的电流会引起温度变化从而影响电阻值。
温度测量:用K型热电偶测量温度,采用AD595将温度值转换成模拟电压,AD595自带冷端自动补偿。该测试系统测试R—T变化如表1所示,由表中数据变化可以看出,炭黑复合导电材料具有PTC特性。
7 结 语
利用单片机构建的这样一个电阻一温度测量系统,能方便地应用于具有温度传感器特性的各种导电材料的测量,使用比较便利,利用串口可以和上位机进行通信,可使测量结果更加直观方便。
关键字:热电偶放大器 AD595 电阻一温度测量 AT89S51 导电材料
引用地址:
基于单片机的炭黑复合导电材料的电阻一温度测量系统
推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 12:48
基于AT89S51的液位控制系统
0 前言 液位是许多工业生产中的重要参数之一,在化工、冶金、医药、航空等领域里,对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量。由于单片微型计算机具有体积小,耗电少,控制精度高,运行可靠等的特点,所以广泛应用于生产实际中。本文讨论了一种以AT89C51为核心研制的液位控制系统,该系统不仅能对液位进行巡回检测、显示和报警,同时也能对液位进行智能控制。 1 系统硬件设计 系统硬件组成框图如图1所示。主要由AT89S51、输入电路组成和输出电路组成。 图1 系统硬件组成框图 1.1 微机系统 系统的核心部分是一片AT89S51微处理器。这是一种与MCS –51系列芯片兼容,带有4KB闪速可擦除只读存储
[工业控制]
基于AT89S51的生活垃圾分类计量控制装置的设计
我国现有的垃圾收费标准偏低,政府每年都要投入很大一部分资金来贴补垃圾处理企业。垃圾收费制度改革后,不但可以弥补政府和企业投入,还能督促居民加强垃圾的减量和资源化意识,促进垃圾减量化、资源化、无害化。 许多发达国家已经实行了垃圾计量收费,日本、韩国以及美国的经验是按照垃圾袋计算费用,居民多扔垃圾多买袋就多花钱;另外的形式是直接按照垃圾重量计费,多倾倒一桶垃圾就多花一定的费用,可以避免按户或按人头收费的“一刀切”做法。 本文设计了一种基于单片机的垃圾称重计费控制系统。与其他控制系统相比,单片机系统具有体积小巧、成本低廉等优势。 1 系统要求和主控制器的选择 系统工作原理如下:垃圾箱由3个不同的箱体组成,分别
[单片机]
使用单片机实现数字频率计数器的设计说明
1. 实验任务 利用AT89S51单片机的T0、T1的定时计数器功能,来完成对输入的信号进行频率计数,计数的频率结果通过8位动态数码管显示出来。要求能够对0-250KHZ的信号频率进行准确计数,计数误差不超过±1HZ。 2. 电路原理图 图4.31.1 3. 系统板上硬件连线 (1). 把“单片机系统”区域中的P0.0-P0.7与“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端口用8芯排线连接。 (2). 把“单片机系统”区域中的P2.0-P2.7与“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排线连接。 (3). 把“单片机系统”区域中的P3.4(T0)端子用导线连接到“频率产生器”区域中的WAVE端子上。
[单片机]
AT89S51单片机实验及系统板
AT89S51单片机实验及实践系统板(以后简介系统板)集成多个硬件资源模块,每个模块各自可以成为独立的单元,也可以相互组合,因此,可以为不同阶层的单片机爱好者及单片机开发者提供不同的开发环境。要购买此实验板请联系qq125739409 注明 实验板 每个硬件模块介绍如下: 1.继电器控制模块 系统板上提供了2路继电器控制模块,分布在系统板的最左上端区域中,输入信号由Realy in 1和Realy in 2端口输入分别控制两路继电器,继电器控制的信号分别由最上端的两个插针输入和输出。分别称为“com1 open1 short1”,“com2 open2 short2”,由于这个两个继电器是单刀单掷控制,当继电
[单片机]
布朗大学利用木材开发固态电解质材料 使离子导电率提高10-100倍
据外媒报道,为了让电池能够提供更多电力,更加安全地运行,研究人员致力于用固体材料取代当前锂离子电池中普遍使用的液体。布朗大学(Brown University)和马里兰大学(University of Maryland)的研究团队利用木材,开发了一种可用于固态电池的新材料。 (图片来源:布朗大学) 该团队展示了一种固态离子导体,将铜与纤维素纳米原纤维结合在一起。其中的纤维素纳米原纤维是源自木材的聚合物管。研究人员表示,这种材料像纸一样薄,其离子导电率约为其他聚合物离子导体的10-100倍,可用作固态电池电解质,或者全固态电池正极的离子导电粘合剂。 马里兰大学材料科学和工程系的Liangbing Hu教授表示:“通过将
[汽车电子]
自制单片机之十……AT89S51的上拉电阻问题
很多网友都问我AT89S51的P0口为什么要接一个上拉电阻。我就用一个篇幅来说一说 P0口和其它三个口的内部电路是不同的,如下图 iframe id="iframe_0.31248925160616636" src="data:text/html;charset=utf8,%3Cimg%20id=%22img%22%20src=%22http://hiphotos.baidu.com/txz01/pic/item/3beae37ecfda14230dd7da0b.jpg?_=3264199%22%20style=%22border:none;max-width:1333px%22%3E%3Cscript%3Ewindow.onl
[单片机]
基于nRF401芯片和AT89S51芯片实现无线数据传输系统的设计
1 模块总体硬件结构 模块总体硬件结构主要由微控制器和蓝牙芯片及其相应的外围电路组成,能自动完成波特率识别,并进行数据的编码处理,给用户提供了一个透明的数据接口。微控制器选用Atmel公司新推出的具有可在线编程(ICSP)功能的单片机AT89S51,便于以后软件的升级。根据发送数据是否需要曼彻斯特编码、所需外围元件的数量、功耗及发射功率等方面因素的综合比较,选用nRF401芯片作为无线数据传输芯片。 nRF401是单片无线收发芯片,采用蓝牙核心技术设计,内部集成高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等诸多功能和外围部件协议。它是目前集成度最高的无线数据传输产品,也是目前唯一一个可以直接连接微控制器串
[单片机]
如何利用AT89S51单片机实现家庭语音报警系统设计
引 言 现代化居住格局使家庭生活的安全问题显得尤为重要。当前,安全的防范及报警系统是确保住宅、住户安全的重要保障。防盗的最好方法就是在不法分子有入侵企图时就发出语音警告,增加其心理压力,使其主动离开。本系统就是基于这种思想,采用了Atmel公司的AT89S51单片机作为控制核心,以美国ISD公司的ISD1420作为语音芯片的一种新型家庭语音报警系统。 系统工作原理 本系统的工作原理框图如图1所示。不法分子在所防范区域内移动时会引起红外辐射变化。当其所辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器PIS-209S的探测元上时,热释电红外传感器将输出电压信号,然后经信号放大电路放大后送入信号采集与处理电路,经处理后向单片机输出
[单片机]