數(shù)字式溫度測(cè)量電路報(bào)告.doc

課程設(shè)計(jì)報(bào)告摘要溫度是一個(gè)與人們生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測(cè)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(duì)某一系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測(cè)量，并能自動(dòng)的控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。本設(shè)計(jì)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(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流。測(cè)試電路是通過(guò)電壓比較放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度都的檢測(cè)，控制電路是通過(guò)兩個(gè)電壓比較電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)繼電器的控制。報(bào)警電路有555時(shí)基電路和光敏電阻以及揚(yáng)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(guò)AD轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)與之連接的譯碼電路中顯示出來(lái)。同時(shí)電壓信號(hào)通過(guò)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(jìn)而控制下一個(gè)電路單元的工作狀態(tài)。報(bào)警電路中，當(dāng)電路出現(xiàn)故障使溫度失控時(shí)，使被控系統(tǒng)溫度達(dá)到允許最高溫度Vmax，此時(shí)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(diǎn)電位升高，電路立即產(chǎn)生振蕩，發(fā)出聲響報(bào)警。調(diào)溫控制電路中，通過(guò)電壓比較器的輸入輸出關(guān)系，決定溫度的調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，電路經(jīng)過(guò)一系列變化接通加熱器電源對(duì)其進(jìn)行加熱。當(dāng)溫度升到上限溫度時(shí)，加熱器電源，停止加熱。目錄1 概述4 1.1引言41.2設(shè)計(jì)任務(wù)4 1.3設(shè)計(jì)要求4 2 系統(tǒng)總體方案4 2.1對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)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(jì)（功能描述）6 3.1溫度傳感器6 3.2AD轉(zhuǎn)換電路7 3.3報(bào)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(jì)體會(huì)11參考文獻(xiàn)12附1：系統(tǒng)原理總圖131 概述1.1 引言溫度是一個(gè)基本物理量，也是一個(gè)與人們的生活環(huán)境、生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)的重要物理量。溫度的測(cè)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(duì)某一系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測(cè)量，并能自動(dòng)地控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。通過(guò)該設(shè)計(jì)我們可以直觀看到溫度視數(shù)變化，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，同時(shí)我們也可以通過(guò)報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)后再進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)一步熟悉模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，并進(jìn)一步鞏固所學(xué)模擬電子及相關(guān)知識(shí)，達(dá)到綜合應(yīng)用電子技術(shù)的目的，培養(yǎng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以及動(dòng)手實(shí)踐等能力，學(xué)會(huì)閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)，查找器件手冊(cè)與相關(guān)參數(shù)，獨(dú)立思考分析，完整理總結(jié)設(shè)計(jì)報(bào)告。了解溫度傳感器件的功能，學(xué)會(huì)在實(shí)際電路中應(yīng)用。進(jìn)一步熟悉集成運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用。了解檢測(cè)溫度的傳感器種類不同，采用的測(cè)量電路和要求不同，執(zhí)行器、開(kāi)關(guān)等的控制方式也不同。運(yùn)用電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和控制任務(wù)，完成溫度測(cè)量和控制電路的連接和調(diào)試。學(xué)會(huì)對(duì)電子電路的檢測(cè)和排除電路故障，進(jìn)一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。1.3 設(shè)計(jì)要求 被測(cè)溫度和控制溫度均可數(shù)字顯示； 測(cè)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(guò)額定值時(shí)，產(chǎn)生聲、光報(bào)警信號(hào)。2系統(tǒng)總體方案2.1 對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)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(shí)現(xiàn)題目要求?？刹捎脺囟葌鞲衅?，將溫度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并通過(guò)放大、濾波后送A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行譯碼顯示。2.2 恒溫控制將要控制的溫度所對(duì)應(yīng)的電壓值作為基準(zhǔn)電壓VREF，用實(shí)際測(cè)量值與VREF進(jìn)行比較，比較結(jié)果（輸出狀態(tài)）自動(dòng)地控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。2.3 報(bào)警部分設(shè)定被控溫度對(duì)應(yīng)的最大允許值Vmax，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際溫度達(dá)到此對(duì)應(yīng)值Vmax時(shí)，發(fā)生報(bào)警信號(hào)。2.4 溫度顯示部分采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制，可分別顯示系統(tǒng)溫度、控制溫度對(duì)應(yīng)值VREF，報(bào)警溫度對(duì)應(yīng)值Vmax。2.5 方框圖總體VmaxVREFLEDR被測(cè)量控制系統(tǒng)溫度傳感器放大器低通濾波器譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路A/D轉(zhuǎn)換器執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)溫控制電路比較器（）揚(yáng)聲器或蜂鳴器報(bào)警控制電路比較器（）S說(shuō)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(yùn)放構(gòu)成的差動(dòng)放大器雙端輸入信號(hào)，將信號(hào)放大后由低通濾波器將高頻信號(hào)濾去。如上圖所示。 被測(cè)溫度信號(hào)電壓加于比較器（）與控制溫度電壓VREF進(jìn)行比較，比較結(jié)果通過(guò)調(diào)溫控制電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作，使被控系統(tǒng)升溫或降溫。 當(dāng)控制電路出現(xiàn)故障使溫度失控時(shí)，使被控系統(tǒng)溫度達(dá)到允許最高溫度對(duì)應(yīng)值，用聲、光報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)，值班人員將采取相應(yīng)的緊急措施。 開(kāi)關(guān)S1可分別閉合系統(tǒng)溫度、控制溫度電壓VREF和報(bào)警溫度電壓，通過(guò)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(jì)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(gè)熱電阻檢測(cè)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(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如下圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)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(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成溫度傳感器熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； 補(bǔ)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(hù)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(cè)溫度099.即V=0.01T，運(yùn)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?yàn)檗D(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(gè)主要組成部分：256個(gè)電阻組成的電阻階梯及樹(shù)狀開(kāi)關(guān)、逐次比較寄存器SAR和比較器。電阻階梯和樹(shù)狀開(kāi)關(guān)是ADC0809的一個(gè)特點(diǎn)。另一個(gè)不特點(diǎn)是，它含有一個(gè)8通道單端信號(hào)模擬開(kāi)關(guān)和一個(gè)地址譯碼器。地址譯碼器選擇8個(gè)模擬信號(hào)之一送入ADC進(jìn)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(hào)；（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(dòng)輸入端。（5）ALE（22腳）是通道地址鎖存輸入端。當(dāng)ALE上升沿到來(lái)時(shí)，地址鎖存器可對(duì)ADDA、ADDB、ADDC鎖定。下一個(gè)ALE上升沿允許通道地址更新。實(shí)際使用中，要求ADC開(kāi)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(gè)脈沖信號(hào)，上升沿鎖存地址，下降沿則啟動(dòng)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(bào)警電路報(bào)警電路由555時(shí)基電路和光敏電阻等組成。電路中555時(shí)基集成電路接成典型無(wú)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(dāng)RL無(wú)光照射時(shí)，呈高電阻狀態(tài)，RL與RP的分壓點(diǎn)即555型時(shí)基集成電路的4腳電位較低，若小于04V，555時(shí)基集成電路被強(qiáng)制復(fù)位，電路不振蕩，BL無(wú)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(shí)，RL受光激發(fā)，電阻值迅速下降，分壓點(diǎn)電位升高，當(dāng)大于0.4V時(shí)（少數(shù)時(shí)基電路為大于1V)，強(qiáng)制復(fù)位被解除，電路立即產(chǎn)生振蕩，BL就發(fā)聲報(bào)警，同時(shí)VL發(fā)光。此時(shí)，人們可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(fù)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(guò)調(diào)節(jié)W1、W2使555腳、腳分別置于1/3Vcc、2/3Vcc附近。 當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，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(diǎn)亮，繼電器J1吸合，觸點(diǎn)J1-3接通加熱器電源對(duì)其進(jìn)行加熱。當(dāng)溫度升到上限溫度時(shí)，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(diǎn)亮，繼電器J1釋放，觸點(diǎn)J1-3斷開(kāi)，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(shí)將J1吸合或斷開(kāi)，控制加熱器的通、斷，從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。 3.5電壓比較器電壓比較器是用來(lái)比較兩個(gè)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(yùn)放的反相端，VREF可以是正值或負(fù)值。而輸入信號(hào)vI加于運(yùn)放的同相端。Vi VohVo/v0Vol 圖9 圖10反之當(dāng)Vi從反向端輸入時(shí)，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(cè)量信號(hào)經(jīng)放大跟隨后與兩個(gè)比較器運(yùn)放反相和同相輸入端比較，低于下限時(shí)，上方運(yùn)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(shí)，由于磁保持作用，JA觸點(diǎn)繼續(xù)閉合，加熱器工作，繼續(xù)升溫，到上限值時(shí)，下方運(yùn)放輸出直流脈沖電平使JB吸合，帶動(dòng)JA轉(zhuǎn)為常開(kāi)，停止加熱，溫度開(kāi)始下降，降到下限值后，JB磁保持使JA仍為常開(kāi)，加熱器不工作，直到低于下限值后，重復(fù)加熱過(guò)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(dòng)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(diǎn)是采用脈沖驅(qū)動(dòng)，具有記憶功能，動(dòng)作速度快，耗熱小。Vo/v4課程設(shè)計(jì)體會(huì)以前對(duì)自己學(xué)的專業(yè)了解的僅僅是一個(gè)概念，或者是說(shuō)是一個(gè)框架，沒(méi)有任何實(shí)在的內(nèi)容。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)了解到了網(wǎng)絡(luò)、信息和電氣設(shè)備基本工作情況。也對(duì)自己在數(shù)字和模擬電子方面的能力有了更客觀的評(píng)價(jià)，在這次設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)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(méi)想過(guò)的問(wèn)題，并認(rèn)真的解決了它們，這些知識(shí)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(xiàn) 1現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用，童詩(shī)白、徐振英編，高等教育出版社，1994年 2電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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