溫度控制報警電路的設(shè)計.docx

電子綜合設(shè)計電子綜合開發(fā)報告 設(shè)計題目： 溫度控制報警電路專業(yè)班級：電子信息工程2011級（1）班 學(xué)生學(xué)號： 2011508182 學(xué)生姓名： 唐 潮設(shè)計時間： 2014年1月 7日 一、 計劃任務(wù)與要求1. 在正常的溫度范圍內(nèi)數(shù)碼管顯示數(shù)字1至5的循環(huán)。2. 在溫度升高時數(shù)碼管顯示的數(shù)字變?yōu)?至7的循環(huán)，并且此時綠色led燈亮起。 3當(dāng)溫度達到最高的時候數(shù)碼管停止顯示，并且紅色的led燈開始亮起。二、 方案設(shè)計與討論選擇器選擇器數(shù)碼顯示a/d轉(zhuǎn)換放大器溫度測量及計數(shù)電路控制led的開關(guān)圖2.1方案一、利用一個熱敏電阻作為感應(yīng)器達到將溫度信息轉(zhuǎn)化為電信號的作用，并且將整個的過程產(chǎn)生的電壓分為三個檔，通過電壓比較器，從而達到常溫高溫和超高溫的情況從而達到整個的操作，顯示部分使用七段數(shù)碼管來進行數(shù)字顯示。方案二、利用兩個量程不同的熱敏電阻達到一個電壓接力的作用，從而達到把電壓分為三個擋的目的從未控制led燈組和七段數(shù)碼管進行工作，因為自己的制作能力所以我選擇了這個方案。三、 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算1、 溫度測量電路圖3.1工作原理：溫度測量電路如圖3.1所示，它由傳感器電橋、差動放大電路和二階低通濾波器組成。采用阻值r3=100的鉑金屬熱電阻為傳感器，它有較高的測量精度，并且在較大的溫度范圍內(nèi)有很好的線性。通過測溫電橋把電阻隨溫度的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再通過一個差動放大電路將小信號電壓值放大,得到電壓值。首先調(diào)節(jié)滑動變阻器r13使溫度等于0時輸出電橋平衡，即輸出為零；根據(jù)鉑電阻的阻值隨溫度的變化關(guān)系，計算出電壓放大倍數(shù)，設(shè)定差動放大電路的參數(shù)，使溫度等于100時，輸出電壓為1v，滿足輸出電壓和溫度成線性關(guān)系，這樣數(shù)值關(guān)系有u0=t/100。由該電壓值可以直接推知當(dāng)前溫度值，從而達到溫度測量的目的。2、電橋測溫電路 圖3.2如圖2.2所示利用電橋?qū)㈦S溫度變化的組織轉(zhuǎn)化為電壓，電橋輸出的電壓為：ux=ucc(r2*rp1r1*r3)/(r2+r3)(r1+rp1)若取r1=r2=r0，調(diào)節(jié)電位器，使00c時的ux=0v，此時r3的值為r30= rp1。當(dāng)溫度變化使鉑電阻的阻值增大r3時，電橋的輸出：ux=r0r3ucc /（r0+r30+r3）(r0+rp1)式中分母含有r3項，故除測溫電阻的非線性誤差外，又增加了轉(zhuǎn)換電路的非線性誤差。故選擇參數(shù)時應(yīng)注意要滿足r3r0+r30這一條件。3、c根據(jù)輸出電壓信號的特點，前置級應(yīng)該滿足下述要求：（1）高輸入阻抗。輸出信號是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號，為了減少信號源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻抗。一般情況下，信號源的內(nèi)阻為100k，則放大器的輸入阻抗應(yīng)大于1m。（2）高共模抑制比cmrr。前置級須采用cmrr高的差動放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。（3）低噪聲、低漂移。主要作用是對信號源的影響小，拾取信號的能力強，以及能夠使輸出穩(wěn)定。圖3.3 差動放大電路圖3.3為具有恒流源的差動放大電路其中，1，2稱為差分對管，它與電阻b1，b2,c1,c2及點位器1共同組成差動放大器的基本電路3，4與電阻e3,e4,共同組成恒流源電路為差分對管的設(shè)計提供恒定電流。均壓電阻1，2給差動放大器提供對稱差模輸入信號。晶體管1與2，3與4特性應(yīng)相同，電路參數(shù)應(yīng)完全對稱1可調(diào)整電路的對稱性。由于電路的這種對稱性結(jié)構(gòu)特點及恒流源的作用，無論是溫度變換，還是電源的波動，對1，2兩管的影響都是一樣的，因此，差動放大器能有效的抑制零點漂移。綜上所述，本設(shè)計采用三運放組成的差分放大器。4、顯示部分圖3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級。編碼是對每一量級分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號相對應(yīng)的代碼。最普通的碼制是二進制，它有個量級（n為位數(shù)）,可依次逐個編號。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。 直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準(zhǔn)電壓，從高位起逐位與被測電壓反復(fù)比較，直到二者達到或接近平衡（見圖）?？刂七壿嬆軐崿F(xiàn)對分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，但對干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得最普遍。5、2選1多路選擇器圖3.5利用兩個與門一個非門與一個或門組成的多路選擇器通過控制端輸入的高低電平去控制整個電路的選擇性通斷。左邊的三個端為輸入端，最上與最下為兩個輸入端中間的為控制端，右邊的為輸出端。下圖3.6為2選1多路選擇器的真值表控制端 輸入1 輸入2 輸出 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 圖3.56、555定時器圖3.6利用的是555定時器（圖3.6）產(chǎn)生脈沖對顯像管進行信號輸入，從而使整個的顯像管進行數(shù)字的循環(huán)，震蕩周期t的計算公式 如下所示。t=0.7（r1+2r2）c四、 總原理圖及元件清單1、總原理圖圖4.1如圖4.1所示為最終設(shè)計的電路總圖，利用了兩個熱敏電阻作為傳感器，信號待放大后進入控選擇器從而控制七段譯碼器與led燈組的顯示。1、 元件清單如圖4.2所示。元件序號元件型號主要參數(shù)數(shù)量備注r1常規(guī)電阻8.7k1r2常規(guī)電阻8.7k1r3常規(guī)電阻1001r4常規(guī)電阻1k1r5常規(guī)電阻60.8k1r6常規(guī)電阻60.8k1r7常規(guī)電阻6k1r8常規(guī)電阻5k1r9常規(guī)電阻10k1r10常規(guī)電阻2k1r11銅熱電阻2001r12常規(guī)電阻2001r12常規(guī)電阻8.7k1r14常規(guī)電阻8.7k1r15常規(guī)電阻1501r16常規(guī)電阻1k1r17常規(guī)電阻60.8k1r18常規(guī)電阻60.8k1r19常規(guī)電阻6k1r20常規(guī)電阻5k1r21常規(guī)電阻10k1r22常規(guī)電阻2k1r23鉑銠鉑熱電偶2001r24常規(guī)電阻2k1r25常規(guī)電阻5001r27常規(guī)電阻1k1r28常規(guī)電阻1k1u1a差分放大器lm324n1u2a差分放大器lm324n1u3a差分放大器lm324n1u18a差分放大器lm324n1u17a差分放大器lm324n1u16a差分放大器lm324n1u7與門and1u8與門and1u9非門not1u10或門nor1u6集成電路74ls1601u5七段數(shù)碼管dcd_hex1u18與門and1u20與門and1u21非門not1u19或門nor1led1發(fā)光二極管5v1綠色led2發(fā)光二極管5v1紅的a1555定時器5v工作電壓圖4.2五、 性能測試與分析剛開始溫度處于常溫所以兩個熱敏電阻都處于高阻態(tài)，七段數(shù)碼管顯示數(shù)字1至5的循環(huán)，當(dāng)溫度升高的時候熱敏電阻的組織會減小所以銅熱電阻的電阻的阻值會首先減小，當(dāng)減小到最小值的時候，這個電路的輸出電壓變大使得2選1選擇器更換電路，使得數(shù)碼管顯示1至7并且綠色led亮起，當(dāng)溫度繼續(xù)升高鉑銠鉑熱電偶開始工作，與銅熱電阻一樣當(dāng)阻值到達最小的時候，輸出電路輸出高電平使得多路選擇器開始更換選擇電路，數(shù)碼管停止顯示，紅的led亮起，顯示整個電路高溫警報。 整個的溫控電路工作的范圍是0至1000攝氏度，銅熱電阻的工作區(qū)間為0至200攝氏度，鉑銠鉑熱電偶工作范圍為200至1000攝氏度。六、 總結(jié)與心得1、 課程設(shè)計總結(jié)通過這次的課程設(shè)計的過程，我自己對整個電路系統(tǒng)的結(jié)果還是比較滿意，也是自己第一次沒有依靠整體的從網(wǎng)絡(luò)上進行復(fù)制粘貼，而是自己去設(shè)計連圖并且進行測試，最后的功能大致是實現(xiàn)了，并且七段數(shù)碼管達到了更換顯示循環(huán)數(shù)。并且在高溫的時候控制了兩個led燈組的開關(guān)問題，但是整個的電路設(shè)計上也存在很多的缺點，比圖整個的電路過于繁瑣，需要兩個熱敏電阻，增加了電路制作的成本，并且七段數(shù)碼管沒能在自后紅的led亮起來的時候進行清零。并且整個的電路接線過多，元器件過多，鏈接復(fù)雜所以我自己認為我的這個設(shè)計還需要再加改進。2、 課程設(shè)計心得自這次的課程設(shè)計的作業(yè)過程中，自己從最先開始的對整個的課題開始構(gòu)思再到整個課題的模塊分析，到最后的multisim的軟件仿真，這也是自己第一次完全靠自己而不依賴于網(wǎng)絡(luò)的一次課程設(shè)計，在這個期間我覺得自己還是學(xué)到了很多的知識，想了很多的辦法并且在這期間對自己所學(xué)的幾門電路的知識進行了鞏固。但是整個的電