溫度檢測(cè)與控制電路

1、溫度檢測(cè)與控制電路設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)要求運(yùn)用雙臂電橋、差動(dòng)集成運(yùn)放、滯回比較器、繼電器等設(shè)計(jì)溫度監(jiān)測(cè)與控制電路，檢測(cè)電路中用熱敏電阻Pt100（或熱電偶）作為測(cè)溫原件，對(duì)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行監(jiān)控采集，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值（如602C）時(shí)，能自動(dòng)停止加熱，否則將繼續(xù)加熱，具有自動(dòng)指示“加熱”與“停止”功能（不設(shè)計(jì)加熱電路），并用單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)溫度顯示。1、根據(jù)要求設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路和溫度控制電路的原理圖；2、運(yùn)用multisim仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，并確定連接實(shí)物時(shí)所需采用的原件，連接實(shí)物圖；3、制作PCB電路板圖；4、編寫(xiě)用單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換和溫度顯示的程序，并在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)調(diào)試；5、

2、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。設(shè)計(jì)的作用、目的學(xué)習(xí)運(yùn)用雙臂電橋、差動(dòng)集成運(yùn)放、滯回比較器設(shè)計(jì)溫度監(jiān)測(cè)及控制電路的方法，學(xué)會(huì)電子電路的組裝、調(diào)試和測(cè)量方法；同時(shí)掌握運(yùn)用單片機(jī)試驗(yàn)箱即時(shí)顯示溫度的原理和單片機(jī)試驗(yàn)箱的使用。設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)1系統(tǒng)概述運(yùn)用雙臂電橋、差動(dòng)集成運(yùn)放搭建溫度采集電路，PtlOO熱電阻作為雙臂電橋的一個(gè)橋臂，當(dāng)溫度變化時(shí)，Pt100對(duì)應(yīng)的阻值也會(huì)發(fā)生變化，電橋會(huì)產(chǎn)生差壓，通過(guò)差動(dòng)集成運(yùn)放對(duì)差壓信號(hào)進(jìn)行放大，并送給滯回比較器進(jìn)行電壓比較，從而決定滯回比較器的輸出電位（“高”或者“低”），控制二極管的亮滅。同時(shí)將放大的信號(hào)送入單片機(jī)，通過(guò)溫度與阻值，阻值與電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)

3、現(xiàn)溫度顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：2單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析用multisim仿真電路圖如下：VCC12VR110kohmIZ12_/C10.1uFVDD12VlssR34.7kohmR44.7kohmR1010kohmR22kohmOPAMP_5T_VIRTUALVDD-|2VR92000hmR5VW330oh盹vcc12V11MohmVDD12V45.VIRTUALVS12v10kohmR1310ohmR113.用Protel繪制電路原理圖和PCB電路板圖用Protel繪制的電路原理圖：溫度監(jiān)測(cè).ddbWSheetl.Sch|PCB2.PCB|電氣規(guī)則檢查：溫度監(jiān)測(cè).ddb|Sheetl.Sch|

4、PCB2.PCBSheetl.ERCErrorReportFor:Sheet1.Sch4-Jan-201215:19:42EndReportPCB電路板圖：4電路的安裝與調(diào)試設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)根據(jù)multisim仿真原理圖連接實(shí)物圖如下：連接時(shí)，首先要注意電路設(shè)計(jì)板的導(dǎo)通方式，窄條的插孔為橫向?qū)?、較寬條的插孔則為縱向?qū)ǎ黄浯?，因?yàn)殡娐吩^多，插線(xiàn)較為復(fù)雜，所以要注意設(shè)計(jì)板上元件的分布，切勿雜亂無(wú)章，這樣有利于在出現(xiàn)故障時(shí)檢查電路；再次，由于此實(shí)物連接只是插板，并沒(méi)有制板焊接，因此電路連接可能不穩(wěn)，導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí)要注意露出端不要和電路的其他部分接觸，防止電路發(fā)生短路，損壞元件。受實(shí)驗(yàn)條件的限制，無(wú)法準(zhǔn)確

5、采集熱電阻在某一溫度值時(shí)的電阻值，只能用溫度源給定大致的溫度，粗略測(cè)量一下熱電偶對(duì)應(yīng)的電阻值，并與查表所得的熱電阻阻值進(jìn)行比較校正（查表結(jié)果如下）。通過(guò)滑動(dòng)變阻器得到下表中的不同溫度條件下的電阻值，以此來(lái)代替熱電阻接入電路中采集不同溫度時(shí)電路輸出電壓值。其中輸出電壓包括送入滯回比較器的比較電壓和送入A/D轉(zhuǎn)換器的顯示電壓。T/C05101520253035R/Q100101.95103.90105.85107.79109.73111.67113.61T/C4045505560657075R/Q115.54117.47119.40121.32123.24125.16127.07128.98Pt1

6、00溫度與阻值的關(guān)系通過(guò)上表可以看出，熱電阻Pt100的溫度與阻值之間近似呈線(xiàn)性關(guān)系。送入滯回比較器的比較電壓是指當(dāng)溫度恰好達(dá)到設(shè)定值（60oC）時(shí)，一級(jí)差動(dòng)集成運(yùn)放的輸出電壓。當(dāng)加熱熱電阻達(dá)到60oC時(shí)，發(fā)光二極管剛好由亮轉(zhuǎn)滅。因?yàn)槿鄙俜€(wěn)定的溫度源，故我們調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值為PtlOO在60oC時(shí)的阻值，并將其接入電路中，此時(shí)調(diào)節(jié)控制滯回比較器的正端電壓值的滑動(dòng)變阻器，使發(fā)光二極管剛好由亮轉(zhuǎn)滅，固定此時(shí)滑動(dòng)變阻器的位置，便于以后使用方便。送入A/D轉(zhuǎn)換器的顯示電壓是指滑動(dòng)變阻器不同阻值時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。用萬(wàn)用表測(cè)量滑動(dòng)變阻器不同阻值時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值如下T/oC2025303540455055

7、6065U/V1.321.51.812.12.412.512.813.033.223.5（因不方便得到0oC,故從室溫20oC開(kāi)始測(cè)量）由上表得下圖：溫度與電壓值的關(guān)系y=0.048x+0.360溫度與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系：U=0.048T+0.360(1)通過(guò)查閱相關(guān)的資料，我們了解到TLC549是一種逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。TLC549的八位輸出口以255個(gè)精度來(lái)顯示?？蓪⒖茧妷涸O(shè)定為4V,這樣就使輸入電壓范圍為0-4V，顯示精度為4/255=0.0158V,由溫度與電壓的關(guān)系可知，溫度變化每1C,電壓變化0.0485V,即顯示誤差不到1/3V,滿(mǎn)足了精度要求。單片機(jī)試驗(yàn)

8、箱連接圖如下：在單片機(jī)輸出顯示時(shí)，需要將TLC549轉(zhuǎn)化出的數(shù)字電壓信號(hào)與相應(yīng)的溫度對(duì)應(yīng)上。不做調(diào)整的情況下，數(shù)顯值：x=U*255/4（2）將（2）代入（1，）數(shù)顯值轉(zhuǎn)化為溫度顯示值，關(guān)系如下：T=（x-25）/3（3）（3）式就是單片機(jī)顯示轉(zhuǎn)換的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣就實(shí)現(xiàn)了溫度的顯示。TLC549每隔128us采集一次數(shù)據(jù)，即每隔128us采集顯示一次溫度值。這樣也就實(shí)現(xiàn)了溫度的及時(shí)采集顯示。（在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中對(duì)溫度信號(hào)的采集顯示存在滯后現(xiàn)象）儀器設(shè)備溫度源（只用于電路調(diào)試和關(guān)系確定，不用于實(shí)驗(yàn)演示）、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、不同阻值電阻、電容等（參考元件清單）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果開(kāi)啟電源，將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，此時(shí)數(shù)碼

9、顯示管上顯示室溫（18oC）,將Pt100放入熱水中使其溫度升高，數(shù)碼顯示管顯示溫度值逐漸升高。此時(shí)，二極管始終處于發(fā)光狀態(tài)，即加熱；當(dāng)數(shù)碼顯示管顯示溫度值60oC,發(fā)光二極管開(kāi)始不停的閃爍直至熄滅，之后繼續(xù)升溫，二極管始終熄滅。取出Pt100,放入冷水中，當(dāng)溫度降至60oC時(shí)，二極管開(kāi)始閃爍直至放光，當(dāng)溫度在60oC以下時(shí)，二極管始終發(fā)光。四心得體會(huì)及建議這次實(shí)習(xí)讓我對(duì)之前所學(xué)的電路知識(shí)得以鞏固，且對(duì)集成運(yùn)放，雙臂電橋，滯回比較等有了更加深刻的認(rèn)識(shí)和更深入的了解，這是對(duì)我們課堂所學(xué)知識(shí)的學(xué)以致用，是課堂學(xué)習(xí)的延伸。如果當(dāng)初學(xué)習(xí)電路的時(shí)候就能接觸這些實(shí)踐內(nèi)容，我認(rèn)為對(duì)課本所學(xué)知識(shí)掌握的會(huì)更加牢

10、固。另外對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用，讓我對(duì)本學(xué)期學(xué)習(xí)的單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，本次實(shí)習(xí)的難點(diǎn)在于實(shí)際電路的連接。條件有限，不能焊接電路是一個(gè)原因，主要還是自己缺乏耐心，面對(duì)復(fù)雜的電路，有點(diǎn)無(wú)從下手，而且總希望一次能夠連接成功，不喜歡重復(fù)檢查電路中出現(xiàn)的問(wèn)題。但是當(dāng)調(diào)試出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，現(xiàn)實(shí)讓我不得不硬著頭皮，一遍又一遍的仔細(xì)去檢查?！肮Ψ虿回?fù)有心人”，最后看到實(shí)驗(yàn)成功時(shí)，心中無(wú)比的喜悅，這是自己辛勤付出換來(lái)的。從中我體會(huì)到了“耐心、細(xì)心、專(zhuān)心、用心、恒心”的重要性，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作受益匪淺。對(duì)于這次實(shí)習(xí)，我也有一些小小的建議：個(gè)人認(rèn)為實(shí)習(xí)的條件有些“艱苦”，導(dǎo)致最后得到的實(shí)踐成果也相應(yīng)的有些欠缺。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）機(jī)房設(shè)備差，經(jīng)常是做著做著電腦就死機(jī)了，有些沒(méi)有及時(shí)存盤(pán)的文件丟失，還得重新來(lái)完成，影響仿真的進(jìn)度；（2）程設(shè)計(jì)中雖然有制作PCB這一要求，但是并沒(méi)有印刷電路板，且元件提供不是特別充足，不敢進(jìn)行實(shí)際電路板焊接，在插板過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)連接的電路不穩(wěn)，連接點(diǎn)容易斷開(kāi)，對(duì)實(shí)際參數(shù)的測(cè)定造成了一定的影響。五附錄元件數(shù)量電阻4.7k31k2100