溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

簡易溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計簡易溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計第第#頁摘要本設(shè)計用于溫室大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時測量、顯示大棚的溫度，當大棚溫度超過農(nóng)作物生長的溫度范圍時，采用雙限報警提醒農(nóng)民。本設(shè)計將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號進行測量，溫度測量范圍為0—99°C,誤差W±2°C。本設(shè)計還通過A/D轉(zhuǎn)換最終譯碼顯示出當前的溫度。一概述電子技術(shù)是在十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術(shù)，在二十世紀發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛，成為近代科學技術(shù)發(fā)展的一個重要標志。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，各類轉(zhuǎn)換電路的不斷推出以及電子產(chǎn)品的快速更新，電子技術(shù)已成為世界發(fā)展和人們生活中必不可少的工具。本設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一個用于溫室大棚溫度監(jiān)測系統(tǒng)。大棚農(nóng)作物生長時，其溫度不能太低，也不能太高，太低或太高均不適合農(nóng)作物生長。該系統(tǒng)可實時測量、顯示大棚的溫度，當大棚溫度超過農(nóng)作物生長的溫度范圍時，報警提醒農(nóng)民。本設(shè)計的技術(shù)指標要求為，溫度范圍：0C--99C；測量誤差為±2C；工作原理說明本設(shè)計的工作原理主要分為溫度電壓轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、顯示及報警幾部分?？傮w電路原理見圖1。馬溫度電壓轉(zhuǎn)換電路―?信號調(diào)理電路―?—?A/D轉(zhuǎn)換電路一譯碼顯示電路圖1大棚溫度檢測系統(tǒng)的原理框圖溫度電壓轉(zhuǎn)換是用Ptiooo電阻通過改變測溫電橋電壓差，將溫度轉(zhuǎn)換成電壓；由于100C時溫敏電阻的阻值近似為1382Q,所以在o°c—99C范圍內(nèi)阻值變化很小，故產(chǎn)生的電壓差比較小，需要對該電壓差值進行放大調(diào)理。本設(shè)計采用兩級放大，分別為差動放大電路和反相比例放大電路，從而將溫度電壓轉(zhuǎn)換部分的微小電壓差進行放大，以便于觀察。電壓差值通過A/D轉(zhuǎn)換電路與譯碼顯示電路后，可將該差值用LED數(shù)碼管顯示，這樣便可直觀的觀察出溫度對應(yīng)的電壓讀數(shù)，從而可以推算出此刻的溫度。電路設(shè)計1.溫度電壓轉(zhuǎn)換與信號調(diào)理電路的設(shè)計首先將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，溫度電壓轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路見圖2。溫敏電阻受周圍溫度的影響阻值會發(fā)生改變，從而改變兩輸出端的電壓差，實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換電壓。由于溫敏電阻在0—99°C范圍內(nèi)阻值在IkQ左右，為了方便計算，將橋臂上與可變電阻對應(yīng)的阻值取為1KQ，另兩個電阻均取為100kQ。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"a”〃 “VRVR 12R3 12x1 12R3?U,U—U,—崔 ———cc4—, 3—— , 3——0.1188。1 °2R+RR+R 100+R100+1100+R.\o"CurrentDocument"13 24 3 3將電壓差值通過放大電路進行放大以便觀察。為了使電壓值穩(wěn)定，將兩路電壓分別接入電壓跟隨器后，再接入差動放大電路及反相比例電路。差動放大電路的放大倍數(shù)：Au,RR,10k"lk，1012 8反相比例放大電路的放大倍數(shù)：Au，-RR，-2.25k.1k,-2.2514' 10 -圖2溫度電壓轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路圖

2.A/D轉(zhuǎn)換及譯碼顯示電路的設(shè)計電壓差值通過A/D轉(zhuǎn)換電路與譯碼顯示電路后，可將該差值用LED數(shù)碼管顯示，這樣便可直觀的觀察出溫度對應(yīng)的電壓讀數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換及譯碼顯示電路如圖4。MC14433是31/2位的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度每秒1-10次，量程為1.999V，以BCD碼的形式輸出?；谒D(zhuǎn)換速率快，精確度高以及輸出形式等優(yōu)點，適合本設(shè)計使用，固采用MC14433作為A/D轉(zhuǎn)換電路的主要器件。CD4511BCD七段數(shù)碼顯示管是一個用于驅(qū)動共陰極的LED顯示器，它具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能，可直接驅(qū)動LED顯示器，所以本設(shè)計采用它作為LED數(shù)碼管的譯碼器。El ■K—T1QlMCLttZ；51TCH1C1W1TCline.%411634—2L2El ■K—T1QlMCLttZ；51TCH1C1W1TCline.%411634—2L2P.DE4L2liCCCl-HO.LiJITCiJC.NCLUS16莒n丑CDHL1g155DUzocVEEIEi ID FEIftTa窘土_cq_UL'UI：L]1016日日日日LED*圖3A/D轉(zhuǎn)換及譯碼顯示電路性能的測試在Multisim仿真實驗中，實現(xiàn)溫度電壓轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理，報警以及顯示各部分的功能仿真。總體功能是當輸入電壓差值大于URH時，紅色發(fā)光二極管亮起實現(xiàn)報警；當輸入電壓差值小于URL時，藍色發(fā)光二極管亮起實現(xiàn)報警;當輸入電壓差值在URH與URL之間時，發(fā)光二極管不亮，說明現(xiàn)在溫度處在正常范圍內(nèi)，不報警。1.溫度電壓轉(zhuǎn)換及信號調(diào)理電路仿真測試將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，仿真圖電路圖見圖5。用可變電阻替代溫敏電阻，通過改變可變電阻的阻值來改變橋臂的阻值從而改變兩輸出端的電壓差,實現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換電壓。本設(shè)計最終實現(xiàn)0—100°C對應(yīng)0—1V的關(guān)系，其中放大倍數(shù)為22.5倍。

圖4溫度轉(zhuǎn)換電壓電路仿真圖溫度轉(zhuǎn)換電壓及信號調(diào)理電路仿真結(jié)果如下：15°C時電壓表示數(shù)見圖6圖515C時電壓表示數(shù)2.譯碼顯示電路仿真測試顯示部分采用硬件調(diào)試的方法仿真測試。將輸入信號通過A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，由于該芯片還需接入-5V電源，故還需用7905芯片把現(xiàn)有的-12V電源轉(zhuǎn)換為-5V。采用數(shù)碼管顯示測試值，所以還需用到譯碼器CD4511及反相驅(qū)動器MC1413。將電路連接無誤后，接入直流電源，用信號發(fā)生器輸入電壓，觀察現(xiàn)象。調(diào)試過程中先測試-5V電源，經(jīng)檢測-12V轉(zhuǎn)換后的電壓為-5.15V，基本符合要求。調(diào)試顯示部分時遇到了一些問題，數(shù)碼管均不亮，逆向查找電路發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的輸入端電壓過低，只有1.2V左右無法帶動數(shù)碼管工作，究其原因是因為分壓電阻過大造成的，將470Q電阻換成100Q之后，數(shù)碼管便可正常工作了。綜合測試結(jié)果如表1。表1綜合測試仿真表溫度/°c△U/卩VU1U20-31.24346.862卩V-678.647卩V10-31.339-45.512mV102.503mV14-31.379-63.845mV143.753mV15-31.389-68.428mV154.064mV16-31.399-73.010mV164.373mV25-31.488-113.999mV256.597mV29-31.528-132.311mV297.800mV30-31.537-136.771mV307.834mV31-31.547-141.348mV318.132mV50-31.734-227.421mV511.796mV100-32.211-447.313mV1.007V結(jié)論、性價比本課題是要設(shè)計一個簡易大棚溫度檢測報警電路，能夠通過溫度的變化來報警，是否能夠及時的發(fā)現(xiàn)，把損失降低到最小。本設(shè)計就是通過溫度傳感器輸出信號的差值來判斷的。此電路能設(shè)置在任意所需的場所，所用的器材占用面積很小，而且電路簡單，一旦發(fā)生溫度異常，發(fā)光二極管會在第一時間亮起。本次設(shè)計方案中，所選取的元器價格比較便宜，性能良好。在本次設(shè)計中用到了運算放大器、窗口比較器及譯碼器，這些器件在日常生活中都廣泛使用，在電路設(shè)計中，實現(xiàn)了報警功能。從器件的選擇到設(shè)計整體都考慮器件的常見度與成本。總體看來都遵循性價比原則。課設(shè)體會經(jīng)過幾天的綜合課程設(shè)計里我學到了很多，也溫故了許多以前學習過的軟件應(yīng)用知識，如MultisinkProtel等，使得我對這些操作軟件更加熟悉，應(yīng)用更加熟練，這對我今后的應(yīng)用很有幫助。在獨立完成課程設(shè)計的過程中，我查閱了許多關(guān)于課程設(shè)計題目的資料，這些新知識對我日后的學習工作會有所幫助。本次綜合課程設(shè)計我除了做軟件仿真，還親自動手搭了硬件做調(diào)試，在調(diào)試的過程中并不太順利，實驗結(jié)果無法顯示，從頭仔細檢查電路，連續(xù)調(diào)了幾天都沒有結(jié)果，雖然過程比較辛苦，但是收獲卻很大，在調(diào)試的過程中我意識到，每一步都要精準這樣才會完成

最后的功能，這就需要我不斷累積經(jīng)驗，工作中踏實仔細，有恒心有毅力，這樣才能做出一番成就。非常感謝能有這樣一次綜合課程設(shè)計的機會，在此向我的指導教師致以深深的謝意，感謝老師的耐心指導及諄諄教誨。在這次課程設(shè)計的過程中我也看到了自己的不足，如對知識的掌握還是不夠牢固，有很多東西現(xiàn)在不能熟練的掌握，對于軟件的控制能力也不是很好，希望日后會提供給我們更多的鍛煉機會來培養(yǎng)我們的實踐能力。附錄一：總電路圖附錄二:溫度檢測系統(tǒng)R25?CD4511XIIDQ5ikr.辛R2?R23?R22KTFFTe-TPri-e*-TR3￥1&c.e4zI8ZK□EFIQIZ2011-05-15附錄三：元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1R1,R2電阻100KQ22R3熱敏電阻pt10001KQ13R4,R7,R9,電阻1KQ34R21,R22,R23,R24電位器20KQ45R5,R6,R8,R10電阻10KQ46R25電阻器5KQ17R26電阻器10KQ18C1,C2電容0.1卩F29R11電阻27KQ110R12電阻470KQ111U1,U2,U3,U4集成運放OP07412Q1A/D轉(zhuǎn)換器MC14433113Q2基準電源MC1403114Q3反相驅(qū)動器MC1413115Q4譯碼器CD4511116Q5曰=g顯示器LED1附錄四：熱敏電阻PT1000阻值隨溫度變化表°C012345678901000.01003.91007.81011.71015.61019.51023.41027.31031.21035.1101039.01042.91046.81050.71054.61058.51062.41066.31070.21074.0201077.91081.81085.71089.61093.51097.31101.21105.11109.01112.9301116.71120.61124.51128.31132.21136.11139.91143.81147.71151.5401155.41159.31163.11167.01170.81174.71178.51182.41186.21190.1501194.01197.81201.61205.51209.31213.21217.01220.91224.71228.6

601232.41236.21240.11243.91247.71251.61255.41259.21263.11266.9701270.71274.51278.41282.21286.01289.81293.71297.51301.31305.1801308.91312.71316.61320.41314.21328.01331.81335.61339.41343.2901347.01350.81354.61358.41362.