多路溫度巡回檢測電路設計方案

1、多路溫度巡回檢測電路設計摘要：本文敘述的是一個八路溫度信號進行巡回檢測電路設計。電路包括多諧振蕩電路， LED測量點顯示電路，巡回檢測電路，傳感器電路等四部分組成。在傳感器電路中使用 的溫度傳感器把被檢測信號變?yōu)殡妷盒盘枺?用模擬比較器把被檢測信號進行處理， 直接用 數字電壓表測出與溫度值對應的電壓值，并顯示出該點是第幾路檢測點。本設計電路簡單， 可在生活生產中廣泛使用。關鍵字：溫度傳感器；巡回檢測；數據采集；驅動顯示；一、概述溫度測量與控制在工業(yè)、農業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應用，經常需要對生產過程或 運行狀態(tài)的各種工作參數實時進行巡回檢測、 監(jiān)視并報警，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。利 用單片機技

2、術的溫度測控儀以其體積小、 可靠性高而被廣泛采用。隨著社會主義市場經濟 的發(fā)展，很多生產設備、生產線、倉庫、熱工裝置等需要溫度測量。目前檢測溫度一般采 用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器。這種傳感器至顯示之間一般都用專用的溫度補償導線， 而溫度補償導線價格很貴，并且線路太長也會影響測量精度。在實際應用中往往需要對較 遠處的溫度信號進行監(jiān)視。本設計完成八點溫度巡回檢測，測溫范圍為 0C100C,相對誤差乞1 %，并能用LED 數碼管顯示出“第幾路測量點”。二、方案論證在多路巡回檢測電路系統(tǒng)中，利用了傳感器進行數據采集及其轉換，并由電壓表顯示， 同時通過計數、譯碼、顯示電路顯示出是“第幾路測試點”。本設

3、計原理框圖如圖1所示:圖1多路溫度巡回檢測電路原理框圖本方案采用數模轉換及數字信號鎖存技術。當需要顯示指定通道數據時便選通相應的鎖存 器。同時數碼管顯示所選通的通道數。此方案控制簡單，無需555做時鐘振蕩，A/D轉換器也不許控制轉換時序，只需一直處于轉換狀態(tài)即可。但是由于A/D轉換器的轉換精度限制，以及轉換最小時長的限制使得最后輸出的電壓值的實時性和精度得不到保證。故舍棄本方案。圖1多路溫度巡回檢測電路原理框圖2三、電路設計1、溫度傳感器AD590電路溫度傳感器AD590是電流型集成溫度傳感器的代表，即產生一個與絕對溫度成正比的電流輸出。其輸出電流是以絕對溫度零度(-273 C)為基準，每增加

4、C,它會增加1 卩A輸出電流，因此在室溫 25C時，其輸出電流lout= (273+25) =298卩A利用了電壓射隨器及電壓放大器，電壓射隨器把電信號采集進來，電壓放大器把電信 號進行放大，放大倍數為i=R20/ R19=100/10=10將信號放大，對溫度的變化更加的敏 感。傳感器的設計如圖2所示：圖3傳感器內部電路2、電壓數據選通電路需要輸出的測量電壓通過模擬開關 CD4051的通道選擇而選擇不同的傳感器測量值。CD4051相當于一個單刀八擲開關，開關接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。其真值表見表1?！癐NH'是禁止端，當“ INH' =1時，各通道均不接通。

5、此外,CD4051 還設有另外一個電源端 VEE以作為電平位移時使用，從而使得通常在單組電源供電條件 下工作的CMO電路所提供的數字信號能直接控制這種多路開關，并使這種多路開關可傳 輸峰一峰值達15V的交流信號。例如，若模擬開關的供電電源 VDD斗5V, VSS=0V當VEE= 5V時，只要對此模擬開關施加 05V的數字控制信號，就可控制幅度范圍為 5V+ 5V的模擬信號。電壓數據選通電路原理圖如圖 4所示。T圖44051的引腳圖表14051真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“ 1”0010“ 2”0011“3”01004010150110“ 6”0111“ 7”1中00

6、均不接通3、計數、譯碼、顯示電路計數器74161接受555單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生電路的技術脈沖而時刻改變輸出值。輸出信號同時供給模擬開關4051和BCD譯碼器7448的作用下，通過此譯碼方式將顯示和模擬開關 選通的通道同步達到設計要求。計數器本為 16進制，本設計只需8進制循環(huán)，所以高四 第一高位就舍棄不接，這樣并不影響電路正常工作。計數、譯碼、顯示電路原理圖如圖5所示。圖5計數、譯碼及通道顯示譯碼器輸出端（Ya-Yg）為高電平有效，可驅動燈緩沖器或共陰極 VLED。當要求輸 出015時，消隱輸入（BI）應為高電平或開路，對于輸出為0時還要求脈沖消隱輸入（RBI） 為咼電平或者開路。當瓦為低電平時，不

7、管其他輸入端狀態(tài)如何，Ya-Yg均為低電平。當RBI和地址端（A0-A3 ）均為低電平,并且燈測試輸入端（LT）為高電平時，Ya-Yg 為低電平，脈沖消隱輸出（RBO ）也變?yōu)榈碗娖?。當BI為高電平或開路時，LT為低電平可使Ya-Yg均為高電平。7448引腳圖如圖6所示：圖67448引腳圖計數器74161的清除端是異步的。當清除端CLEAR為低電平時，不管時鐘端CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74161的預置是同步的。當置入控制器 LOAD為低電平 時，在CLOCK上升沿作用下，輸出端 QA-QD與數據輸入端A-D相一致。74161的計數 是同步的，靠CLOCK同時加在四個觸發(fā)器上而實

8、現(xiàn)的。當ENP、ENT跳變與CLOCK無關。74161有超前進位功能。當計數溢出時，進位輸出端（RCO）輸出一個高電平脈沖， 其寬度為QA的高電平部分。其管腳圖如圖7所示，其引腳功能如下所示。PCO:進位輸出端CLOCK :時鐘輸入端CLEAR :異步清除輸入端ENP :計數控制端ENT :計數控制端ABCD :并行數據輸入端LOAD :同步并行置入控制端QA-QD :輸出端圖774161的引腳圖本電路顯示部分采用用7段LED顯示器構成顯示器，段選線控制顯示的字符，位選線 控制顯示位的亮或暗。數碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽 極連接到共同接點com而每個LED的陰極

9、分別為a、b、c、d、e、f、g及dp （小數點）； 共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點com而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、 e、f、g及dp （小數點），如下圖8所示。圖87段碼數碼管原理圖4、振蕩電路555定時器是一種多用途的數字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成施密特 觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域中都得到了應用。若以555定時器的U2端作為觸發(fā)信號的輸入端，并將由 TD和R組成的反相器輸出電壓UC接至端，同時在ui1對地接入電容C,就構成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。輸出脈沖的

10、 寬度tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于外接電阻 R和電容C的大小。2由電壓波形圖可知，tw等于電容電壓在充電過程中從 0上升到-Vcc所需要的時間，因3此得到：Vcc - 0RCIn CC2Vcc - ： VccRCI n3二 1.1RC通常R的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，tw的范圍為幾微秒到幾分鐘。但必須注意，隨著tw的寬度增加它的精度和穩(wěn)定度也將下降 由Vc的波形求得電容c的充電時間T1和放電時間T2各為：Egw二（R R2）cin 23證:二 R2cin2故電路的振蕩周期為:T 二 TT廠（R 2R2）cin2圖8振蕩電路設計四、性

11、能的測試1、傳感器的性能測試傳感器用來感受外界的溫度變化，轉換為電壓信號。測試效果圖如圖9所示:圖9傳感器測試系統(tǒng)如圖9的顯示結果，傳感器正常工作，有電壓輸出。2、各路電壓顯示及選中通路的電壓顯示如圖10所示：圖10 各路電壓及選中通路的測試圖1096如上圖所示，各個電壓表采集了各路可變電阻的電壓值。當虛擬開關的輸入端置零時, 選擇是0通道，所以模擬開關的輸出顯示為 0通道的電壓數值。證明模擬開關正常工作。3、巡回電路測試如圖11、12所示:4R1R22.8MU4Q0Q1Q2Q3RCO1312AQABQBCQCDQDBI/RBOQERBIQFLTQG,31''19 借MR310

12、0圖11巡回電路測試圖12巡回電路測試由圖11、12相比較，可見圖11中輸入譯碼器的BCD碼為0011，所以選擇3路，圖 12輸入譯碼器的BCD碼為0111,所以選擇7路。由振蕩器和計數器可使得循環(huán)系統(tǒng)正常 工作。4、總體電路測試如圖13所示：RV(RV1RV4RV5RV6RV，RV3JVLk,Li1k1k<iU1CVR136kU37.102； 哥DCU413X0X14X115X212X31X45X5X624X7A1110B9C6INH4051U27亠C110n丄C2250nTR7TH555R22.8MR3100D0QCD1Q1D2Q2D3Q3RCOENPENT、CLKLOADMR 14

13、 13 12711、153 4 5 6AQABQECQCDQDBI/RBOQERBI LTQF QG74483-1513總體電路測試如上圖所示，整個電路正常工作。選擇的第7通路，模擬開關輸出的電壓值與 R7所接的電壓表示數一致。五、結論、性價比根據實驗結果，本次設計完成了 8 路溫度巡回檢測。當任何一路傳感器感應的電壓 發(fā)生變化時，電壓表都能及時的反應出來。模擬開關使得其輸出端顯示選中的通路電壓， 由計數器和譯碼器使得系統(tǒng)實現(xiàn)巡回功能。 除了用這種方法外以還可以利用單片機去實現(xiàn) 此功能，單片機具有體積小， 精度高等特點， 方便控制和應用。 所以可以嘗試一下其他的 方法

14、。六、課設體會及合理化建議這次課程設計我最大的感觸與收獲就是實際與書本上知識的差別。理論的理解與實 際的聯(lián)系是困難的。 這樣才能使我們更加重視理論與實際的結合。 課程設計過程中， 我完 成了設計要求的所有內容。 在課設之前自己借閱了一些相關的書籍， 在拿到任務書后立即 參照有關資料對題目任務進行了比較詳盡的分析，并擬定了初步方案，之后的電路設計， 實物連接以及軟件調試， 我都是認真對待， 力求通過自己的努力去理解問題， 應該說每一 步走來都有很深刻的印象， 課設中通過具體的硬件和軟件設計實驗操作， 使得我們把課本 理論真實的運用到實踐中。 在本次課程設計中，我覺得最有實際意義的并不是結果的成功， 而是在老師認真細心的引導下， 理解并且找到解決問題的思路和方法， 然后自己用心去做， 都能夠奔著實事求是的心態(tài)， 積極的認真的去思考問題， 探討問題。 在這里我要感謝高秀 文老師及其他老師， 謝謝他們對我在題目中不明白的地方及時的解析和指導。 相信通過本 次課程設計， 每位同學的理論和實踐水平都會有所的提高， 能夠使我們在今后的學習和研 究中更加出色。參考文獻1 趙茂泰 .智能儀器原理及應用 .北京：電子