溫度控制電路設(shè)計

1、專業(yè)與班級：中興121 姓名：黃鵬飛 學(xué)號：6100212197溫度控制電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一溫度控制電路并進行仿真。二、設(shè)計要求基本功能：利用AD590作為測溫傳感器，TL為低溫報警門限溫度值，TH為高溫報警門限溫度值。當T小于TL時，低溫警報LED亮并啟動加熱器；當T大于TH時，高溫警報LED亮并啟動風(fēng)扇；當T介于TL、TH之間時，LED全滅，加熱器與風(fēng)扇都不工作（假設(shè)TL20，TH30）。擴展功能：用LED數(shù)碼管顯示測量溫度值（十進制或十六進制均可）。三、設(shè)計方案AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電

2、壓范圍內(nèi)，該器件可充當一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1µA/K。AD590適用于150以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，使它成為許多溫度測量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結(jié)補償。主要特性：流過器件的電流(A) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(K) 度數(shù)；AD590的測溫范圍為- 55+150；AD590的電源電壓范圍為430 V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；輸出電阻為710m；精度高，AD590在-55+-150

3、范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3。基本使用方法如右圖。AD590的輸出電流是以絕對溫度零度（-273）為基準，每增加1，它會增加1A輸出電流，因此在室溫25時，其輸出電流Iout=（273+25）=298A。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25而言，輸出值為10K×298A=2.98V 。測量Vo時，不可分出任何電流，否則測量值會不準。 溫度控制電路設(shè)計框圖如下：溫度控制電路框圖由于Multisim中沒有AD590溫度傳感器，根據(jù)它的工作特性，可以采用恒流源來替代該傳感器，通過改變電流值模擬環(huán)境溫度變化。通過溫度校正電路得到實際攝氏溫度電壓值（可適當放大到幾伏特，不超過5V）

4、，再送溫度判決電路判決，需根據(jù)報警溫度確定門限比較電壓值，電路均可用運算放大器及電壓比較器來實現(xiàn)?？刹捎萌龢O管和繼電器（RELAY）來控制驅(qū)動風(fēng)扇與加熱器，在仿真中用DC MOTOR代替風(fēng)扇、HEATER代替加熱器，并加上發(fā)光二極管來指示其是否工作。溫度顯示部分可采用ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來實現(xiàn)，將實際溫度電壓值通過ADC芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字邏輯信號再通過數(shù)碼管顯示。CommentDescriptionDesignatorQuantityAD590U51直流電機B11瓷片電容33uFC11LEDD1, D2, D3, D4, D55數(shù)碼管DP1, DP22LM7805P11滑動變阻器10kR1, R7,

5、 R9, R104電阻10kR2, R3, R4, R5, R65電感1HU72LM324NU11ADC0809U21SN7448NU3, U42有源晶振Y1174LS161U5,U62繼電器Y5 .Y6 2跳線帽U3,U9,U11,U128NPN三極管8050U13,U15,U15,U168排針U17,U18,U19,U2044、 電路仿真與分析1） 總體仿真圖2）溫度采集電路和應(yīng)答電路溫度采集：AD590，美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度,AD590的測溫范圍為-55到+150。電源電壓可在4V-6V范圍變化

6、，電流變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度），因此測量的電壓V為（273+T）A×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測量出來又務(wù)須使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。（左圖）應(yīng)答電路：本設(shè)計采用的是LM324系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。LM324系列由四個獨立的，高增益，內(nèi)部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的幅度。AD590的電壓經(jīng)過射隨器之后

7、，進入電壓比較電路，TL（20）為低溫報警門限溫度值，TH（40）為高溫報警門限溫度值。所以比較電壓的上下門限為V=（273+T）A×10K=（2.73+T/100）V即2.93V3.03V。當溫度低于20時，射隨器的電壓低于2.93V的門限，加熱電路啟動，電熱絲工作，使溫度升高。當溫度高于20時，射隨器的電壓高于3.03V的門限，散熱電路啟動，風(fēng)扇啟動，使溫度升高。(右圖) 2） 顯示電路（模數(shù)轉(zhuǎn)換）ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近電路。ADC0809的工作過程

8、是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 本設(shè)計只有一路輸入，所以地址既為001，基準電壓為REF（+）=5.29V，REF（-）=2.73V。因為ADC0809 為8路輸出，即（5.29-2.73）/（28）=0.01V輸出端接2個7448N譯碼器，分為高位和

9、地位輸出，且都是16進制表示。 左圖：T為37，此時I為310uA，射隨器后的電壓為3.10V，高于TH的門限電壓3.03(TH=30),所以散熱電路啟動。顯示電路顯示16進制數(shù)25，轉(zhuǎn)換為十進制：2*16+5=37=T，即為該時刻的實時溫度。右圖：T為12，此時I為285uA，射隨器后的電壓為2.85V，低于TL的門限電壓2.93(TL=20),所以加熱電路啟動。顯示電路顯示16進制數(shù)0U（查看下圖數(shù)碼管16進制顯示圖），轉(zhuǎn)換為十進制：0+12=12=T，即為該時刻的實時溫度。7段數(shù)碼管16進制的表示方法如下： 五、面包板電路調(diào)試6、 系統(tǒng)設(shè)計（PCB設(shè)計、制板、焊接與調(diào)試）1、測溫電路測量

10、溫度的方法多種多樣，測溫傳感器是決定技術(shù)指標的關(guān)鍵元件，設(shè)計訓(xùn)采用AD590作為溫度傳感器。且AD590直接接12V的電壓，不可為5V,理由為AD590是與10K的電阻串連，當溫度上升到30攝氏度時電阻兩端的電壓為3V而供電電壓為5V。由此可知AD590兩端的電壓為2V這一電壓遠遠低于正常工作電壓。其他的元件工作電壓有5V的電壓，所以設(shè)計加入了一個7805W穩(wěn)壓芯片，為其他芯片供電。2、 應(yīng)答電路 經(jīng)過運放器的輸出端接一個LED燈，并且并接一個跳線帽，用做輸出的指示信號，正常工作可將其短接。LM324的輸出不可直接驅(qū)動電機和電熱絲，所以由一個NPN三極管和繼電器組成開關(guān)電路。當輸出有響應(yīng)時，N

11、PN三極管基極有電流通過，三極管導(dǎo)通，繼電器接通，隨之驅(qū)動電機和電熱絲。繼電器后接LED指示燈，用以報警。3、 模數(shù)轉(zhuǎn)換 1）ADC0809必須由外部提供時鐘信號，需要一個時鐘脈沖輸入端，要求時鐘頻率不高于1000KHZ，不低于10KHZ。之前的想法是用NE555經(jīng)過多諧振蕩產(chǎn)生500kHZ左右的脈沖，但是用面包板調(diào)試之后發(fā)現(xiàn)NE555產(chǎn)生頻率過高的脈沖會失真，且相當不穩(wěn)定，有時候不起振。所以最后還是選擇了用有源晶振產(chǎn)生500KHZ左右的脈沖，有源晶振接通后輸出的頻率為12MHZ，也不符合ADC0809的時鐘脈沖輸入，所以又經(jīng)過了2次分頻，先8分頻在4分頻，即12M/4/8=375KHZ，滿足

12、了ADC0809時鐘脈沖輸入。ADC即可正常工作。（時鐘脈沖輸入采樣頻率越高） 2）ADC0809采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。8路只要選一路即可，參考電壓出有2個10K的滑動變阻器構(gòu)成，可以方便的將參考電壓調(diào)整，輸出端接2個譯碼器分別為16進制的高位和低位，譯碼器為7段共陰數(shù)碼管。4、 原理圖和PCB5、 實物照片第一張為溫度為12（0*16+12=12）低溫的照片第二張為溫度為50（3*16+02=50）高溫的照片7、 設(shè)計總結(jié)通過這次實訓(xùn),我發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)實設(shè)計中還

13、需要注意很多的細節(jié),包括程序設(shè)計和硬件設(shè)計都要我們小心仔細,一個地方出錯就可能會整個系統(tǒng)失效。在硬件設(shè)計時，由于電路圖轉(zhuǎn)印不好使得腐蝕后的電路板出現(xiàn)斷線，在調(diào)試過程中引來很大的麻煩，在調(diào)整顯示時，數(shù)碼管的刷新率也是一個要考慮的因素。其次，PCB設(shè)計我們要把電路圖弄清楚，要知道每一個器件的意義和電路板的原理，還有電路是怎么走的，每個線路是如何導(dǎo)通都要先弄清楚，這樣我們才能明白整個電路是怎樣的，其次，在電路板上元器件并不是像書本上那樣排版位置很好，實際中會碰到器件位置排版情況很難的時候，電路板上器件的排版會使焊接的點靠的很近，不容易去焊接，所以我們要去想哪種才是最好的排版位置方式。本次設(shè)計電路原理圖時還有一個錯誤，這一錯誤導(dǎo)致電路不能正常工作，在看AD590的資料后，發(fā)現(xiàn)AD590供電電壓為4-13V，所以我把電源供電設(shè)為5V。電路板制作完成后調(diào)試發(fā)現(xiàn)測量溫度不準確，測到30多攝氏度之