溫度測(cè)量數(shù)顯控制儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電子電路綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子電路實(shí)驗(yàn)15綜合設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告題目：溫度測(cè)量數(shù)顯控制儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 班級(jí)：20110821學(xué)號(hào)：2011082105姓名：高晨宇成績(jī)：日期：2014.6.3一、摘 要熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到控制裝置或者其他儀表上，以此來(lái)打到溫度測(cè)量的目的。目前應(yīng)用范圍非常廣泛，比如：醫(yī)療、工業(yè)、溫度計(jì)算、阻值計(jì)算等高精溫度設(shè)備。本次實(shí)驗(yàn)，溫度測(cè)量數(shù)顯控制儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)包括：溫度采集模塊、電阻電壓轉(zhuǎn)換模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊、控制電路模塊、顯示電路模塊等五個(gè)模塊組成。溫度采集傳感器采用熱敏類電阻鉑 pt100，pt100阻值在0時(shí)為100歐姆，并且會(huì)隨著溫度上升而

2、成勻速增長(zhǎng)的。a/d轉(zhuǎn)換器用icl7107（雙電源5v供電,適合驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示）。蜂鳴器和發(fā)光二極管能夠在測(cè)量溫度大于等于控制溫度時(shí)發(fā)出報(bào)警，并啟小風(fēng)扇進(jìn)行散熱。數(shù)碼管能夠顯示測(cè)量溫度和控制溫度，范圍為-50200，其測(cè)量誤差為1。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，靈敏度較高，工作狀態(tài)較為穩(wěn)定，可應(yīng)用于室溫測(cè)量和-50200以內(nèi)的溫度測(cè)量。二、設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)選題選題15 溫度測(cè)量數(shù)顯控制儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)可在一定溫度范圍進(jìn)行溫度測(cè)量與控制的溫度測(cè)量數(shù)顯控制儀該儀器測(cè)量溫度的范圍為-50200，能夠?qū)囟戎颠M(jìn)行數(shù)字顯示（可顯示溫度測(cè)量值和設(shè)定溫度值兩種），其測(cè)量誤差為1。當(dāng)超過(guò)某

3、一設(shè)定溫度上限值時(shí)（如30 ）能聲光報(bào)警，并啟動(dòng)小風(fēng)扇降溫。三、方案設(shè)計(jì)與論證 基于icl7107的溫度測(cè)量數(shù)顯控制儀 本方案的設(shè)計(jì)電路由穩(wěn)壓電路、溫度采集、電阻/電壓轉(zhuǎn)換器、控制電路和顯示電路組成。其中，溫度采集傳感器采用熱敏電阻鉑pt100，a/d轉(zhuǎn)換器用icl7107（雙電源5v供電，適合驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示），共陽(yáng)數(shù)碼管用icl7107控制。 本方案用到了icl7107，電路中的a/d轉(zhuǎn)換電路與數(shù)碼顯示電路都由其控制與組成，因而在設(shè)計(jì)具體電路時(shí)，要針對(duì)icl7107進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。而電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)放電路組成，pt100是電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路的核心部分。 該方案的設(shè)計(jì)方框圖表示如下數(shù)

4、字顯示譯碼、驅(qū)動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換模塊溫度傳感器電源基于icl7107的溫度測(cè)量控制原理方框圖 優(yōu)點(diǎn)：電路組成明確且設(shè)計(jì)合理，能夠較為理想的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。 缺點(diǎn)：電路所用元器件較多，調(diào)試比較復(fù)雜。四、電路單元參數(shù)的選定和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)1、溫度采集（傳感器）采用pt100熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化：溫度是0，阻值為100；溫度是-50，阻值為80.31；溫度是200，阻值為175.842、電阻電壓轉(zhuǎn)換電路當(dāng)t=-50時(shí)，運(yùn)放的輸出電壓為 uo=(1+80.31/33) 0.3=1.03v當(dāng)t=200時(shí)，運(yùn)放的輸出電壓為 uo=(1+175.84/33) 0.3=1.90v在-50 200，輸出電

5、壓在1.01.9v間。在電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路后，接一電壓跟隨器，提高帶負(fù)載的能力。3、a/d轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)harris公司icl7107（雙電源5v供電），它包含3 1/2位數(shù)字a/d轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（led）。 內(nèi)部設(shè)有參考電壓、七段譯碼器、獨(dú)立模擬開(kāi)關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零、參考源和時(shí)鐘系統(tǒng)等功能。將高性能、低功耗和低成本很好的結(jié)合在一起，它有低于10v的自動(dòng)校零功能，零漂小于1v/，低于10pa的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個(gè)字。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源廣泛用于各種單片測(cè)量單元。c1為外接積分電容，r1為外接積分電阻，c2為自動(dòng)調(diào)零電容，c4為基準(zhǔn)電容，c5、r6為內(nèi)

6、部時(shí)鐘振蕩器的外接電容、電阻。 振蕩頻率 f=0.45/r6c5r6=100k、c5=100pf,則主振頻率為45khz,采樣時(shí)間為每秒3次。in+為外加信號(hào)輸入端；in-為輸入基準(zhǔn)信號(hào)零點(diǎn)，vref+為基準(zhǔn)信號(hào)端子。當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)調(diào)到02v時(shí)，外加信號(hào)的輸入也在02v，led對(duì)應(yīng)顯示01999，相當(dāng)于1mv對(duì)應(yīng)1個(gè)字。當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)上限量程時(shí)，千位數(shù)碼管顯示1，而其余三位數(shù)碼管全無(wú)顯示；當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)下限量程時(shí)，千位數(shù)碼管顯示-1，而其余三位數(shù)碼管全不顯示。正電源通過(guò)r7限流電阻向共陽(yáng)極數(shù)碼管供電，改變r(jià)7可改變數(shù)碼管的亮度。4、電壓比較器 用于控制加熱設(shè)備或制冷設(shè)備的通斷。 切換開(kāi)關(guān)k置于1擋

7、時(shí)，儀表顯示測(cè)量值； 置于2擋時(shí)顯示設(shè)定溫度。 當(dāng)測(cè)量值低于設(shè)定值時(shí)，比較器正飽和，使三極管由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，蜂鳴器、發(fā)光二極管、風(fēng)扇工作。5、數(shù)碼管、lm3246、系統(tǒng)總的電路圖五、裝調(diào)測(cè)試過(guò)程1、檢查元器件，在元器件都完好的情況下，焊接電路2、測(cè)量室溫25，pt100對(duì)應(yīng)阻值109.8，信號(hào)采集電路、電阻電壓轉(zhuǎn)換電路接入電源后v+=5.02v v-=5.00v測(cè)量in60兩端v=0.318v，約等于二極管的工作電壓0.3v計(jì)算109.8是所對(duì)應(yīng)的電壓值 v=(1+109.8/33)*0.318=1.376v測(cè)量lm324的1管腳v1=1.398v 7管腳v7=1.396v當(dāng)溫度為-5

8、0時(shí)，電阻為80.3，理論電壓1.03v測(cè)量v1=1.107v v7=1.104v當(dāng)溫度為200時(shí)，電阻為175.84，理論電壓1.90v測(cè)量v1=2.04v v7=2.04v當(dāng)溫度為0時(shí)，電阻為100，理論電壓1.282v測(cè)量v1=1.300v v7=1.298v由此可知這兩個(gè)模塊是可以實(shí)現(xiàn)功能的3、根據(jù)t=(in+ -in-)/uref，可以計(jì)算得到in=1.29v uref=3.62v，將in-和uref+調(diào)節(jié)至理論電壓，調(diào)節(jié)后in-=1.29v uref+=3.67v當(dāng)溫度為200時(shí)，顯示200in+=2.03v t=(in+ -in-)/uref=201當(dāng)溫度為-50時(shí)，顯示-50i

9、n+=1.300v t=(in+ -in-)/uref=-50.95設(shè)定控制電壓40，此時(shí)室溫29，pt100阻值為111.5，數(shù)碼管在開(kāi)關(guān)為1時(shí)顯示29，在開(kāi)關(guān)為2時(shí)顯示40測(cè)量in+=1.406v in-=1.295v uref+=3.67v(in+ -in-)/uref+ * 1000=30.2v未報(bào)警時(shí) vc=-4.57v vb=3.89v ve=0v v7=1.406v v9=1.407v v10=1.447v v8=3.80v報(bào)警時(shí)，vc=-0.083v vb=-0.863v ve=-0.003v v9=3.90v v10=1.497v v8=-3.60v 六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及主要可能故障分析1、實(shí)驗(yàn)前做好準(zhǔn)備工作，焊接時(shí)仔細(xì)認(rèn)真，避免虛焊，焊接錯(cuò)誤2、lm324接入電源前要檢查電路，看好+5v和-5v的接入3、調(diào)節(jié)前最好先理論計(jì)算，可以幫助電路調(diào)節(jié)4、誤差分析：測(cè)量誤差在于icl7107部分電路的調(diào)節(jié)，由于電位器的誤差和電位器不能精確調(diào)節(jié)，導(dǎo)致在0是in+和in-有微小的電位差0.009v左右，但根據(jù)公式算得t=2.45，并且電壓不能穩(wěn)定，會(huì)在1 2之間跳動(dòng)，造成一定誤差。數(shù)碼管按要求只能顯示整數(shù)溫度，導(dǎo)致數(shù)碼管示數(shù)跳動(dòng)，并且與實(shí)際算取數(shù)據(jù)有差別電位器不能精確調(diào)節(jié)，萬(wàn)用表精度不夠，不能準(zhǔn)確調(diào)到50 和200是pt100所對(duì)應(yīng)的阻值，導(dǎo)