溫度測量數(shù)顯控制儀的設(shè)計實(shí)現(xiàn)電子電路綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告

1、電子電路實(shí)驗(yàn)15綜合設(shè)計總結(jié)報告題目：溫度測量數(shù)顯控制儀的設(shè)計實(shí)現(xiàn) 班級：20110821學(xué)號：2011082105姓名：高晨宇成績：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通過引線傳遞到控制裝置或者其他儀表上，以此來打到溫度測量的目的。目前應(yīng)用范圍非常廣泛，比如：醫(yī)療、工業(yè)、溫度計算、阻值計算等高精溫度設(shè)備。本次實(shí)驗(yàn)，溫度測量數(shù)顯控制儀的設(shè)計實(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時為100歐姆，并且會隨著溫度上升而

2、成勻速增長的。a/d轉(zhuǎn)換器用icl7107（雙電源5v供電,適合驅(qū)動發(fā)光二極管顯示）。蜂鳴器和發(fā)光二極管能夠在測量溫度大于等于控制溫度時發(fā)出報警，并啟小風(fēng)扇進(jìn)行散熱。數(shù)碼管能夠顯示測量溫度和控制溫度，范圍為-50200，其測量誤差為1。整個系統(tǒng)設(shè)計簡便，靈敏度較高，工作狀態(tài)較為穩(wěn)定，可應(yīng)用于室溫測量和-50200以內(nèi)的溫度測量。二、設(shè)計任務(wù)2.1 設(shè)計選題選題15 溫度測量數(shù)顯控制儀的設(shè)計實(shí)現(xiàn)2.2 設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計一個可在一定溫度范圍進(jìn)行溫度測量與控制的溫度測量數(shù)顯控制儀該儀器測量溫度的范圍為-50200，能夠?qū)囟戎颠M(jìn)行數(shù)字顯示（可顯示溫度測量值和設(shè)定溫度值兩種），其測量誤差為1。當(dāng)超過某

3、一設(shè)定溫度上限值時（如30 ）能聲光報警，并啟動小風(fēng)扇降溫。三、方案設(shè)計與論證 基于icl7107的溫度測量數(shù)顯控制儀 本方案的設(shè)計電路由穩(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)動發(fā)光二極管顯示），共陽數(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)計具體電路時，要針對icl7107進(jìn)行合理的設(shè)計。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)計方框圖表示如下數(shù)

4、字顯示譯碼、驅(qū)動a/d轉(zhuǎn)換模塊溫度傳感器電源基于icl7107的溫度測量控制原理方框圖 優(yōu)點(diǎn)：電路組成明確且設(shè)計合理，能夠較為理想的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計要求。 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，運(yùn)放的輸出電壓為 uo=(1+80.31/33) 0.3=1.03v當(dāng)t=200時，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)立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零、參考源和時鐘系統(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)換誤差小于一個字。真正的差動輸入和差動參考源廣泛用于各種單片測量單元。c1為外接積分電容，r1為外接積分電阻，c2為自動調(diào)零電容，c4為基準(zhǔn)電容，c5、r6為內(nèi)

6、部時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,采樣時間為每秒3次。in+為外加信號輸入端；in-為輸入基準(zhǔn)信號零點(diǎn)，vref+為基準(zhǔn)信號端子。當(dāng)基準(zhǔn)信號調(diào)到02v時，外加信號的輸入也在02v，led對應(yīng)顯示01999，相當(dāng)于1mv對應(yīng)1個字。當(dāng)輸入信號超過上限量程時，千位數(shù)碼管顯示1，而其余三位數(shù)碼管全無顯示；當(dāng)輸入信號超過下限量程時，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r7限流電阻向共陽極數(shù)碼管供電，改變r7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。 切換開關(guān)k置于1擋

7、時，儀表顯示測量值； 置于2擋時顯示設(shè)定溫度。 當(dāng)測量值低于設(shè)定值時，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)測試過程1、檢查元器件，在元器件都完好的情況下，焊接電路2、測量室溫25，pt100對應(yīng)阻值109.8，信號采集電路、電阻電壓轉(zhuǎn)換電路接入電源后v+=5.02v v-=5.00v測量in60兩端v=0.318v，約等于二極管的工作電壓0.3v計算109.8是所對應(yīng)的電壓值 v=(1+109.8/33)*0.318=1.376v測量lm324的1管腳v1=1.398v 7管腳v7=1.396v當(dāng)溫度為-5

8、0時，電阻為80.3，理論電壓1.03v測量v1=1.107v v7=1.104v當(dāng)溫度為200時，電阻為175.84，理論電壓1.90v測量v1=2.04v v7=2.04v當(dāng)溫度為0時，電阻為100，理論電壓1.282v測量v1=1.300v v7=1.298v由此可知這兩個模塊是可以實(shí)現(xiàn)功能的3、根據(jù)t=(in+ -in-)/uref，可以計算得到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，顯示200in+=2.03v t=(in+ -in-)/uref=201當(dāng)溫度為-50時，顯示-50i

9、n+=1.300v t=(in+ -in-)/uref=-50.95設(shè)定控制電壓40，此時室溫29，pt100阻值為111.5，數(shù)碼管在開關(guān)為1時顯示29，在開關(guān)為2時顯示40測量in+=1.406v in-=1.295v uref+=3.67v(in+ -in-)/uref+ * 1000=30.2v未報警時 vc=-4.57v vb=3.89v ve=0v v7=1.406v v9=1.407v v10=1.447v v8=3.80v報警時，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，焊接時仔細(xì)認(rèn)真，避免虛焊，焊接錯誤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)前最好先理論計算，可以幫助電路調(diào)節(jié)4、誤差分析：測量誤差在于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，會在1 2之間跳動，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，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)，萬用表精度不夠，不能準(zhǔn)確調(diào)到50 和200是pt100所對應(yīng)的阻值，導(dǎo)致