多路溫度巡回檢測(cè)電路設(shè)計(jì)方案

1、多路溫度巡回檢測(cè)電路設(shè)計(jì)摘要：本文敘述的是一個(gè)八路溫度信號(hào)進(jìn)行巡回檢測(cè)電路設(shè)計(jì)。電路包括多諧振蕩電路， LED測(cè)量點(diǎn)顯示電路，巡回檢測(cè)電路，傳感器電路等四部分組成。在傳感器電路中使用 的溫度傳感器把被檢測(cè)信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)， 用模擬比較器把被檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理， 直接用 數(shù)字電壓表測(cè)出與溫度值對(duì)應(yīng)的電壓值，并顯示出該點(diǎn)是第幾路檢測(cè)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單， 可在生活生產(chǎn)中廣泛使用。關(guān)鍵字：溫度傳感器；巡回檢測(cè)；數(shù)據(jù)采集；驅(qū)動(dòng)顯示；一、概述溫度測(cè)量與控制在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，經(jīng)常需要對(duì)生產(chǎn)過程或 運(yùn)行狀態(tài)的各種工作參數(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行巡回檢測(cè)、 監(jiān)視并報(bào)警，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。利 用單片機(jī)技

2、術(shù)的溫度測(cè)控儀以其體積小、 可靠性高而被廣泛采用。隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展，很多生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、倉庫、熱工裝置等需要溫度測(cè)量。目前檢測(cè)溫度一般采 用熱電偶或熱敏電阻作為傳感器。這種傳感器至顯示之間一般都用專用的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線， 而溫度補(bǔ)償導(dǎo)線價(jià)格很貴，并且線路太長(zhǎng)也會(huì)影響測(cè)量精度。在實(shí)際應(yīng)用中往往需要對(duì)較 遠(yuǎn)處的溫度信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視。本設(shè)計(jì)完成八點(diǎn)溫度巡回檢測(cè)，測(cè)溫范圍為 0C100C,相對(duì)誤差乞1 %，并能用LED 數(shù)碼管顯示出“第幾路測(cè)量點(diǎn)”。二、方案論證在多路巡回檢測(cè)電路系統(tǒng)中，利用了傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及其轉(zhuǎn)換，并由電壓表顯示， 同時(shí)通過計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路顯示出是“第幾路測(cè)試點(diǎn)”。本設(shè)

3、計(jì)原理框圖如圖1所示:圖1多路溫度巡回檢測(cè)電路原理框圖本方案采用數(shù)模轉(zhuǎn)換及數(shù)字信號(hào)鎖存技術(shù)。當(dāng)需要顯示指定通道數(shù)據(jù)時(shí)便選通相應(yīng)的鎖存 器。同時(shí)數(shù)碼管顯示所選通的通道數(shù)。此方案控制簡(jiǎn)單，無需555做時(shí)鐘振蕩，A/D轉(zhuǎn)換器也不許控制轉(zhuǎn)換時(shí)序，只需一直處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)即可。但是由于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度限制，以及轉(zhuǎn)換最小時(shí)長(zhǎng)的限制使得最后輸出的電壓值的實(shí)時(shí)性和精度得不到保證。故舍棄本方案。圖1多路溫度巡回檢測(cè)電路原理框圖2三、電路設(shè)計(jì)1、溫度傳感器AD590電路溫度傳感器AD590是電流型集成溫度傳感器的代表，即產(chǎn)生一個(gè)與絕對(duì)溫度成正比的電流輸出。其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度(-273 C)為基準(zhǔn)，每增加

4、C,它會(huì)增加1 卩A輸出電流，因此在室溫 25C時(shí)，其輸出電流lout= (273+25) =298卩A利用了電壓射隨器及電壓放大器，電壓射隨器把電信號(hào)采集進(jìn)來，電壓放大器把電信 號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)為i=R20/ R19=100/10=10將信號(hào)放大，對(duì)溫度的變化更加的敏 感。傳感器的設(shè)計(jì)如圖2所示：圖3傳感器內(nèi)部電路2、電壓數(shù)據(jù)選通電路需要輸出的測(cè)量電壓通過模擬開關(guān) CD4051的通道選擇而選擇不同的傳感器測(cè)量值。CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。其真值表見表1?！癐NH'是禁止端，當(dāng)“ INH' =1時(shí)，各通道均不接通。

5、此外,CD4051 還設(shè)有另外一個(gè)電源端 VEE以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件 下工作的CMO電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳 輸峰一峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。例如，若模擬開關(guān)的供電電源 VDD斗5V, VSS=0V當(dāng)VEE= 5V時(shí)，只要對(duì)此模擬開關(guān)施加 05V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為 5V+ 5V的模擬信號(hào)。電壓數(shù)據(jù)選通電路原理圖如圖 4所示。T圖44051的引腳圖表14051真值表輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“ 1”0010“ 2”0011“3”01004010150110“ 6”0111“ 7”1中00

6、均不接通3、計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路計(jì)數(shù)器74161接受555單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生電路的技術(shù)脈沖而時(shí)刻改變輸出值。輸出信號(hào)同時(shí)供給模擬開關(guān)4051和BCD譯碼器7448的作用下，通過此譯碼方式將顯示和模擬開關(guān) 選通的通道同步達(dá)到設(shè)計(jì)要求。計(jì)數(shù)器本為 16進(jìn)制，本設(shè)計(jì)只需8進(jìn)制循環(huán)，所以高四 第一高位就舍棄不接，這樣并不影響電路正常工作。計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路原理圖如圖5所示。圖5計(jì)數(shù)、譯碼及通道顯示譯碼器輸出端（Ya-Yg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極 VLED。當(dāng)要求輸 出015時(shí)，消隱輸入（BI）應(yīng)為高電平或開路，對(duì)于輸出為0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（RBI） 為咼電平或者開路。當(dāng)瓦為低電平時(shí)，不

7、管其他輸入端狀態(tài)如何，Ya-Yg均為低電平。當(dāng)RBI和地址端（A0-A3 ）均為低電平,并且燈測(cè)試輸入端（LT）為高電平時(shí)，Ya-Yg 為低電平，脈沖消隱輸出（RBO ）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng)BI為高電平或開路時(shí)，LT為低電平可使Ya-Yg均為高電平。7448引腳圖如圖6所示：圖67448引腳圖計(jì)數(shù)器74161的清除端是異步的。當(dāng)清除端CLEAR為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CLOCK 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74161的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器 LOAD為低電平 時(shí)，在CLOCK上升沿作用下，輸出端 QA-QD與數(shù)據(jù)輸入端A-D相一致。74161的計(jì)數(shù) 是同步的，靠CLOCK同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)

8、現(xiàn)的。當(dāng)ENP、ENT跳變與CLOCK無關(guān)。74161有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（RCO）輸出一個(gè)高電平脈沖， 其寬度為QA的高電平部分。其管腳圖如圖7所示，其引腳功能如下所示。PCO:進(jìn)位輸出端CLOCK :時(shí)鐘輸入端CLEAR :異步清除輸入端ENP :計(jì)數(shù)控制端ENT :計(jì)數(shù)控制端ABCD :并行數(shù)據(jù)輸入端LOAD :同步并行置入控制端QA-QD :輸出端圖774161的引腳圖本電路顯示部分采用用7段LED顯示器構(gòu)成顯示器，段選線控制顯示的字符，位選線 控制顯示位的亮或暗。數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽 極連接到共同接點(diǎn)com而每個(gè)LED的陰極

9、分別為a、b、c、d、e、f、g及dp （小數(shù)點(diǎn)）； 共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)com而每個(gè)LED的陽極分別為a、b、c、d、 e、f、g及dp （小數(shù)點(diǎn)），如下圖8所示。圖87段碼數(shù)碼管原理圖4、振蕩電路555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特 觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。若以555定時(shí)器的U2端作為觸發(fā)信號(hào)的輸入端，并將由 TD和R組成的反相器輸出電壓UC接至端，同時(shí)在ui1對(duì)地接入電容C,就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。輸出脈沖的

10、 寬度tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于外接電阻 R和電容C的大小。2由電壓波形圖可知，tw等于電容電壓在充電過程中從 0上升到-Vcc所需要的時(shí)間，因3此得到：Vcc - 0RCIn CC2Vcc - ： VccRCI n3二 1.1RC通常R的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，tw的范圍為幾微秒到幾分鐘。但必須注意，隨著tw的寬度增加它的精度和穩(wěn)定度也將下降 由Vc的波形求得電容c的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為：Egw二（R R2）cin 23證:二 R2cin2故電路的振蕩周期為:T 二 TT廠（R 2R2）cin2圖8振蕩電路設(shè)計(jì)四、性

11、能的測(cè)試1、傳感器的性能測(cè)試傳感器用來感受外界的溫度變化，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。測(cè)試效果圖如圖9所示:圖9傳感器測(cè)試系統(tǒng)如圖9的顯示結(jié)果，傳感器正常工作，有電壓輸出。2、各路電壓顯示及選中通路的電壓顯示如圖10所示：圖10 各路電壓及選中通路的測(cè)試圖1096如上圖所示，各個(gè)電壓表采集了各路可變電阻的電壓值。當(dāng)虛擬開關(guān)的輸入端置零時(shí), 選擇是0通道，所以模擬開關(guān)的輸出顯示為 0通道的電壓數(shù)值。證明模擬開關(guān)正常工作。3、巡回電路測(cè)試如圖11、12所示:4R1R22.8MU4Q0Q1Q2Q3RCO1312AQABQBCQCDQDBI/RBOQERBIQFLTQG,31''19 借MR310

12、0圖11巡回電路測(cè)試圖12巡回電路測(cè)試由圖11、12相比較，可見圖11中輸入譯碼器的BCD碼為0011，所以選擇3路，圖 12輸入譯碼器的BCD碼為0111,所以選擇7路。由振蕩器和計(jì)數(shù)器可使得循環(huán)系統(tǒng)正常 工作。4、總體電路測(cè)試如圖13所示：RV(RV1RV4RV5RV6RV，RV3JVLk,Li1k1k<iU1CVR136kU37.102； 哥DCU413X0X14X115X212X31X45X5X624X7A1110B9C6INH4051U27亠C110n丄C2250nTR7TH555R22.8MR3100D0QCD1Q1D2Q2D3Q3RCOENPENT、CLKLOADMR 14

13、 13 12711、153 4 5 6AQABQECQCDQDBI/RBOQERBI LTQF QG74483-1513總體電路測(cè)試如上圖所示，整個(gè)電路正常工作。選擇的第7通路，模擬開關(guān)輸出的電壓值與 R7所接的電壓表示數(shù)一致。五、結(jié)論、性價(jià)比根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本次設(shè)計(jì)完成了 8 路溫度巡回檢測(cè)。當(dāng)任何一路傳感器感應(yīng)的電壓 發(fā)生變化時(shí)，電壓表都能及時(shí)的反應(yīng)出來。模擬開關(guān)使得其輸出端顯示選中的通路電壓， 由計(jì)數(shù)器和譯碼器使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)巡回功能。 除了用這種方法外以還可以利用單片機(jī)去實(shí)現(xiàn) 此功能，單片機(jī)具有體積小， 精度高等特點(diǎn)， 方便控制和應(yīng)用。 所以可以嘗試一下其他的 方法

14、。六、課設(shè)體會(huì)及合理化建議這次課程設(shè)計(jì)我最大的感觸與收獲就是實(shí)際與書本上知識(shí)的差別。理論的理解與實(shí) 際的聯(lián)系是困難的。 這樣才能使我們更加重視理論與實(shí)際的結(jié)合。 課程設(shè)計(jì)過程中， 我完 成了設(shè)計(jì)要求的所有內(nèi)容。 在課設(shè)之前自己借閱了一些相關(guān)的書籍， 在拿到任務(wù)書后立即 參照有關(guān)資料對(duì)題目任務(wù)進(jìn)行了比較詳盡的分析，并擬定了初步方案，之后的電路設(shè)計(jì)， 實(shí)物連接以及軟件調(diào)試， 我都是認(rèn)真對(duì)待， 力求通過自己的努力去理解問題， 應(yīng)該說每一 步走來都有很深刻的印象， 課設(shè)中通過具體的硬件和軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作， 使得我們把課本 理論真實(shí)的運(yùn)用到實(shí)踐中。 在本次課程設(shè)計(jì)中，我覺得最有實(shí)際意義的并不是結(jié)果的成功， 而是在老師認(rèn)真細(xì)心的引導(dǎo)下， 理解并且找到解決問題的思路和方法， 然后自己用心去做， 都能夠奔著實(shí)事求是的心態(tài)， 積極的認(rèn)真的去思考問題， 探討問題。 在這里我要感謝高秀 文老師及其他老師， 謝謝他們對(duì)我在題目中不明白的地方及時(shí)的解析和指導(dǎo)。 相信通過本 次課程設(shè)計(jì)， 每位同學(xué)的理論和實(shí)踐水平都會(huì)有所的提高， 能夠使我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)和研 究中更加出色。參考文獻(xiàn)1 趙茂泰 .智能儀器原理及應(yīng)用 .北京：電子