數(shù)字式溫度測量電路報告.doc

課程設(shè)計報告摘要溫度是一個與人們生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測量和控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要對某一系統(tǒng)的溫度進行測量，并能自動的控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。本設(shè)計采用的溫度傳感器是LM35溫度傳感器， LM35溫度傳感器是利用兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，當導(dǎo)體A和B之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流。測試電路是通過電壓比較放大電路來實現(xiàn)溫度都的檢測，控制電路是通過兩個電壓比較電路來實現(xiàn)對兩個繼電器的控制。報警電路有555時基電路和光敏電阻以及揚聲器組成。工作原理主要是利用溫度傳感器把系統(tǒng)的溫度通過AD轉(zhuǎn)換電路將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過與之連接的譯碼電路中顯示出來。同時電壓信號通過電壓比較器與輸入電壓比較決定輸出是高電平或是低電平，進而控制下一個電路單元的工作狀態(tài)。報警電路中，當電路出現(xiàn)故障使溫度失控時，使被控系統(tǒng)溫度達到允許最高溫度Vmax，此時發(fā)光二極管通電發(fā)光照在光敏電阻RL上，RL受光激發(fā)，電阻值迅速下降，分壓點電位升高，電路立即產(chǎn)生振蕩，發(fā)出聲響報警。調(diào)溫控制電路中，通過電壓比較器的輸入輸出關(guān)系，決定溫度的調(diào)節(jié)。當溫度低于下限溫度時，電路經(jīng)過一系列變化接通加熱器電源對其進行加熱。當溫度升到上限溫度時，加熱器電源，停止加熱。目錄1 概述4 1.1引言41.2設(shè)計任務(wù)4 1.3設(shè)計要求4 2 系統(tǒng)總體方案4 2.1對溫度進行測量、控制并顯示42.2恒溫控制52.3溫度顯示部分52.4溫度顯示部分52.5方框圖總體53 各部分功能模塊設(shè)計（功能描述）6 3.1溫度傳感器6 3.2AD轉(zhuǎn)換電路7 3.3報警電路83.4調(diào)溫控制電路93.5電壓比較器104課程設(shè)計體會11參考文獻12附1：系統(tǒng)原理總圖131 概述1.1 引言溫度是一個基本物理量，也是一個與人們的生活環(huán)境、生產(chǎn)活動密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測量和控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要對某一系統(tǒng)的溫度進行測量，并能自動地控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。通過該設(shè)計我們可以直觀看到溫度視數(shù)變化，根據(jù)實際系統(tǒng)的需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，同時我們也可以通過報警電路發(fā)出警報后再進行調(diào)節(jié)。1.2 設(shè)計任務(wù)進一步熟悉模擬和數(shù)字設(shè)計方法和規(guī)范，并進一步鞏固所學(xué)模擬電子及相關(guān)知識，達到綜合應(yīng)用電子技術(shù)的目的，培養(yǎng)設(shè)計開發(fā)以及動手實踐等能力，學(xué)會閱讀相關(guān)科技文獻，查找器件手冊與相關(guān)參數(shù)，獨立思考分析，完整理總結(jié)設(shè)計報告。了解溫度傳感器件的功能，學(xué)會在實際電路中應(yīng)用。進一步熟悉集成運算放大器的線性和非線性應(yīng)用。了解檢測溫度的傳感器種類不同，采用的測量電路和要求不同，執(zhí)行器、開關(guān)等的控制方式也不同。運用電子技術(shù)來實現(xiàn)溫度測量和控制任務(wù)，完成溫度測量和控制電路的連接和調(diào)試。學(xué)會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析問題和解決問題的能力。1.3 設(shè)計要求 被測溫度和控制溫度均可數(shù)字顯示； 測量溫度為01200C，精度為050C； 控制溫度連續(xù)可調(diào)，精度1OC； 溫度超過額定值時，產(chǎn)生聲、光報警信號。2系統(tǒng)總體方案2.1 對溫度進行測量、控制并顯示首先必須將溫度的度數(shù)（非電量）轉(zhuǎn)換成電量，然后采用電子電路實現(xiàn)題目要求?？刹捎脺囟葌鞲衅鳎瑢囟茸兓D(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，并通過放大、濾波后送A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，然后進行譯碼顯示。2.2 恒溫控制將要控制的溫度所對應(yīng)的電壓值作為基準電壓VREF，用實際測量值與VREF進行比較，比較結(jié)果（輸出狀態(tài)）自動地控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。2.3 報警部分設(shè)定被控溫度對應(yīng)的最大允許值Vmax，當系統(tǒng)實際溫度達到此對應(yīng)值Vmax時，發(fā)生報警信號。2.4 溫度顯示部分采用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，可分別顯示系統(tǒng)溫度、控制溫度對應(yīng)值VREF，報警溫度對應(yīng)值Vmax。2.5 方框圖總體VmaxVREFLEDR被測量控制系統(tǒng)溫度傳感器放大器低通濾波器譯碼驅(qū)動顯示電路A/D轉(zhuǎn)換器執(zhí)行機構(gòu)調(diào)溫控制電路比較器（）揚聲器或蜂鳴器報警控制電路比較器（）S說明： 傳感器可以采用LM 35溫度傳感器，電橋的輸出電壓作為運放構(gòu)成的差動放大器雙端輸入信號，將信號放大后由低通濾波器將高頻信號濾去。如上圖所示。 被測溫度信號電壓加于比較器（）與控制溫度電壓VREF進行比較，比較結(jié)果通過調(diào)溫控制電路控制執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)動作，使被控系統(tǒng)升溫或降溫。 當控制電路出現(xiàn)故障使溫度失控時，使被控系統(tǒng)溫度達到允許最高溫度對應(yīng)值，用聲、光報警電路發(fā)出警報，值班人員將采取相應(yīng)的緊急措施。 開關(guān)S1可分別閉合系統(tǒng)溫度、控制溫度電壓VREF和報警溫度電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示器顯示出相應(yīng)的溫度數(shù)值。3 各部分功能模塊設(shè)計3.1溫度傳感器 LM35是電壓輸出型集成溫度傳感器， LM35集成溫度傳感器是利用一個熱電阻檢測相應(yīng)的溫度，熱電偶是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如下圖所示。當導(dǎo)體A和B的兩個執(zhí)著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應(yīng)工作的。溫度傳感器熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成溫度傳感器熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； 補償導(dǎo)線與溫度傳感器熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。傳感器電路原理圖LM35溫度傳感器,輸出電壓00.99V,溫度每上升1,電壓上升10ms,可測溫度099.即V=0.01T，運算放大器LM358放大5倍電壓,即V=0.05T.經(jīng)0809通道0轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,因為轉(zhuǎn)換公式:V/5=X/255,即0.05T/5=X/255,則T100X/256. 為了精確到0.1,使t=10*T=1000X/256=125X/32,所以轉(zhuǎn)換公式是t=125X/32,X為數(shù)字量.其采集溫度及放大溫度電路圖如下：3.2 AD轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換電路采用ADC0809。ADC0809是一種逐次比較型ADC。它是采用CMOS工藝制成的8位8通道A/D轉(zhuǎn)換器，采用28只引腳的雙列直插封裝，其原理圖和引腳圖如圖所示。ADC0809有三個主要組成部分：256個電阻組成的電阻階梯及樹狀開關(guān)、逐次比較寄存器SAR和比較器。電阻階梯和樹狀開關(guān)是ADC0809的一個特點。另一個不特點是，它含有一個8通道單端信號模擬開關(guān)和一個地址譯碼器。地址譯碼器選擇8個模擬信號之一送入ADC進行A/D轉(zhuǎn)換，因此適用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（b）為引腳圖。各引腳功能如下：（1）IN0IN7是八路模擬輸入信號；（2）ADDA、ADDB、ADDC為地址選擇端；（3）2-12-8為變換后的數(shù)據(jù)輸出端；（4）START（6腳）是啟動輸入端。（5）ALE（22腳）是通道地址鎖存輸入端。當ALE上升沿到來時，地址鎖存器可對ADDA、ADDB、ADDC鎖定。下一個ALE上升沿允許通道地址更新。實際使用中，要求ADC開始轉(zhuǎn)換之前地址就應(yīng)鎖存，所以通常將ALE和TART連在一起，使用同一個脈沖信號，上升沿鎖存地址，下降沿則啟動轉(zhuǎn)換。（6）OE（9腳）為輸出允許端，它控制ADC內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器。3.3 報警電路報警電路由555時基電路和光敏電阻等組成。電路中555時基集成電路接成典型無穩(wěn)態(tài)工作方式，光敏電阻RL與可變電阻器RP構(gòu)成光控觸發(fā)回路。當RL無光照射時，呈高電阻狀態(tài)，RL與RP的分壓點即555型時基集成電路的4腳電位較低，若小于04V，555時基集成電路被強制復(fù)位，電路不振蕩，BL無聲，VL不發(fā)光。若發(fā)光二極管通電后發(fā)出的光照在RL上時，RL受光激發(fā)，電阻值迅速下降，分壓點電位升高，當大于0.4V時（少數(shù)時基電路為大于1V)，強制復(fù)位被解除，電路立即產(chǎn)生振蕩，BL就發(fā)聲報警，同時VL發(fā)光。此時，人們可以根據(jù)實際情況對系統(tǒng)進行降溫。3.4 調(diào)溫控制電路如圖所示為溫度范圍控制電路。該電路由降壓整流濾波電源電路和溫度控制電路兩部分組成。其中溫度控制電路由555和R1、R2R4、W1、W2等組成，且R1為一負溫度系數(shù)的熱敏電阻(3k)，W1為溫度下限預(yù)置調(diào)節(jié)，W2溫度上限預(yù)置調(diào)節(jié)，且通過調(diào)節(jié)W1、W2使555腳、腳分別置于1/3Vcc、2/3Vcc附近。 當溫度低于下限溫度時，R1的阻值變大，從而使555腳電位低于1/3Vcc，相應(yīng)555置位，腳輸出高電平，使發(fā)光二極管LED2點亮，繼電器J1吸合，觸點J1-3接通加熱器電源對其進行加熱。當溫度升到上限溫度時，R1的阻值變小，使555腳電位大于2/3Vcc，且腳的電位必然大于1/3Vcc，相應(yīng)555復(fù)位，腳輸出低電平，發(fā)光二極管LED1點亮，繼電器J1釋放，觸點J1-3斷開，加熱器電源，停止加熱。這樣調(diào)節(jié)好W1、W2后，可以隨設(shè)定溫度(20100)的變化而置位或復(fù)位，及時將J1吸合或斷開，控制加熱器的通、斷，從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。 3.5電壓比較器電壓比較器是用來比較兩個輸 入電壓的大小，據(jù)此決定其輸出是高電平還是低電平。以圖1所示的同相電壓比較器電路為例，參考電壓VREF加于運放的反相端，VREF可以是正值或負值。而輸入信號vI加于運放的同相端。Vi VohVo/v0Vol 圖9 圖10反之當Vi從反向端輸入時，Vref改接到同相端，則稱為反相端輸入單限門電壓比較器。圖11測量信號經(jīng)放大跟隨后與兩個比較器運放反相和同相輸入端比較，低于下限時，上方運放輸出直流脈沖電平使JA吸合，加熱器工作，上升到下限值時，由于磁保持作用，JA觸點繼續(xù)閉合，加熱器工作，繼續(xù)升溫，到上限值時，下方運放輸出直流脈沖電平使JB吸合，帶動JA轉(zhuǎn)為常開，停止加熱，溫度開始下降，降到下限值后，JB磁保持使JA仍為常開，加熱器不工作，直到低于下限值后，重復(fù)加熱過程，具備溫度記憶功能。W2為3296多圈精密可調(diào)電阻.數(shù)字表頭采用ICL7101 LED表頭， 3 1/2 位，可采用AE5543。帶動加熱元件工作的繼電器為磁保持繼電器，JA，JB為同一繼電器的兩組線圈，該繼電器的特點是采用脈沖驅(qū)動，具有記憶功能，動作速度快，耗熱小。Vo/v4課程設(shè)計體會以前對自己學(xué)的專業(yè)了解的僅僅是一個概念，或者是說是一個框架，沒有任何實在的內(nèi)容。通過這次課程設(shè)計了解到了網(wǎng)絡(luò)、信息和電氣設(shè)備基本工作情況。也對自己在數(shù)字和模擬電子方面的能力有了更客觀的評價，在這次設(shè)計過程中，從最基本的查元件，找資料做起，了解了完整的電子設(shè)計的一般步驟，也和同學(xué)們共同探討研究，學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，也遇到了各種各樣從沒想過的問題，并認真的解決了它們，這些知識為我今后的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，激發(fā)了我繼續(xù)學(xué)習(xí)的和探索真知的熱情。參考文獻 1現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用，童詩白、徐振英編，高等教育出版社，1994年 2電子系統(tǒng)設(shè)計，何小艇等編，浙江大學(xué)出版社，2000年 3集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程，鄭家龍、王小海、章安元編，高教出版社，2002年5月