模電課程設計-溫度測量儀

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課題名稱：溫度測量儀 </p><p>　　專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化 </p><p><b>　　學生班級： </b></p><p><b>　　學生姓名：</b></p><

2、p>　　學生學號：******</p><p><b>　　指導教師：****</b></p><p>　　報告時間： 2011-6-19 </p><p><b>　　小組成員： </b></p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><

3、;p><b>　?。ㄒ唬┰O計目的</b></p><p>　　1、通過對溫度測量電路的設計、安裝和調試了解溫度傳感器的性能，學會在實際電路中應用；</p><p>　　2、進一步熟悉集成運放的線性和非線性應用。</p><p>　　（二）設計要求和技術指標</p><p><b>　　1、技術指標：<

4、;/b></p><p>　　要求設計一個溫度測量器件，其主要技術指標如下：</p><p>　?。?）測溫范圍：室溫～50℃；</p><p>　?。?）被測溫度達到50℃時，指示燈亮（或蜂鳴器工作）；</p><p><b>　　2、設計要求</b></p><p>　?。?）設計一個能

5、滿足要求的溫度測量及報警電路；</p><p>　?。?）要求繪出原理圖，并用Protel畫出印制板圖（選做）；</p><p>　　（3）根據設計要求和技術指標設計好電路，選好元件及參數；</p><p>　?。?）在萬能板、PCB板上或面包板上安裝好電路并調試；</p><p>　?。?）擬定測試方案和設計步驟；</p>&

6、lt;p>　　（6）撰寫設計報告、調試總結及使用說明書。</p><p><b>　　3、設計擴展要求</b></p><p>　　（1）能顯示輸出溫度；</p><p><b>　　（三）設計提示</b></p><p><b>　　1、基本原理：</b></p&

7、gt;<p>　　圖6.1 溫度測量儀原理框圖</p><p><b>　　2、溫度傳感器</b></p><p>　　建議采用AD590集成溫度傳感器進行溫度～電流轉換。它是一種電流型二端器件，其內部已作修正，具有良好的互換性和線性。有消除電源波動的特性。輸出阻抗達10MΩ，轉換當量為。器件采用B－1型金屬殼封裝。</p><p&g

8、t;　　溫度—電壓變換電路如圖6.2所示。由圖可得：</p><p>　　如R=10KΩ，則。</p><p>　　圖6.2 溫度—電壓轉換電路 圖6.3 K—℃變換電路</p><p><b>　　3、K—℃變換器</b></p><p>　　因為AD590的溫控電流值

9、是對應絕對溫度K，而在設計中需要采用℃，由運放組成的加法器可以實現這一轉換，參考電路如圖6.3所示。</p><p>　　元件參數的確定和－UR選取的指導思想是：0℃（即273K）時，。</p><p><b>　　4、放大器</b></p><p>　　設計一個反相比例放大器，使其輸出u03滿足100mV/℃。用數字電壓表可實現溫度顯示。 &

10、lt;/p><p><b>　　5、比較器</b></p><p>　　由電壓比較器組成，如圖6.4所示。UREF為報警時溫度設定電壓，Rf2用于改善比較器的遲滯特性，決定了系統(tǒng)的精度。</p><p>　　圖6.4 比較器 圖6.5 驅動電路</p><p>　　6、調試要點和

11、注意事項</p><p>　　用溫度計測傳感器處的溫度T(℃)如T=27℃（300K）。若取R=10KΩ，則，調整UR的值使，若放大器的放大倍數為－10倍，則放大器的輸出u03應為2.7V。測比較器的比較電壓UREF值，使其等于所設定的溫度乘以0.1V，如設定溫度為50℃，則值為5V。比較器的輸出可接LED指示或蜂鳴器。把溫度傳感器加熱（可以電吹風吹）在溫度小于設定值前LED應處于熄滅狀態(tài)，反之，為點亮。<

12、/p><p><b>　　7、實驗用儀器設備</b></p><p><b>　?。?）數字電壓表</b></p><p>　　（2）面包板或萬能板</p><p>　?。?）智能電工實驗臺</p><p><b>　　8、設計用主要器件</b></p

13、><p>　　AD590集成溫度傳感器一只、741四塊、蜂鳴器/LED各一個、電阻電容若干、晶體管一只（驅動電路）、電阻若干</p><p><b>　?。ㄋ模┰O計報告要求</b></p><p><b>　　1、選定設計方案；</b></p><p>　　2、擬出設計步驟，畫出電路，分析并計算主要元件

14、參數值；</p><p><b>　　3、整理測試數據</b></p><p><b>　?。ㄎ澹┰O計總結</b></p><p>　　1、在測試中發(fā)現什么故障？如何排除？ </p><p><b>　　2、心得體會。</b></p><p><b

15、>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ………………………………………………………1</p><p>　　1.1溫度傳感器 ………………………………………………1</p><p>　　第二章 溫度測量儀的設計…………………………………………2</p><p>　　2.1、設計方案………………………………………

16、…………2</p><p>　　2.1.1、溫度測量儀設計思路……………………………2</p><p>　　2.1.2、溫度測量儀框圖…………………………………2</p><p>　　第三章 電路設計 …………………………………………………3</p><p>　　3.1 溫度-電壓變換……………………………………………3</p>

17、<p>　　3.2 2.732V電壓產生電路……………………………………5</p><p>　　3.3 穩(wěn)壓調整 …………………………………………………6</p><p>　　3.4 差分放大電路 ……………………………………………6</p><p>　　3.5 控制報警系統(tǒng)電路 ………………………………………7</p><p>

18、;　　3.6 報警原理圖 ………………………………………………8</p><p>　　第四章 全圖設計與仿真測試………………………………………8</p><p>　　4.1 完整電路圖設計圖 ………………………………………8</p><p>　　4.2 0°時的仿真 ……………………………………………10</p><p>　　4.

19、3 50°溫度時的仿真………………………………………11</p><p>　　4.4 大于50°時的仿真………………………………………12</p><p>　　第五章 PCB板的制作 ………………………………………………13</p><p>　　第六章 材料清單及電路相關參數 ………………………………13</p><p

20、>　　6.1 材料清單 …………………………………………………13</p><p>　　6.2 元件參數 …………………………………………………14 </p><p>　　第七章 總結報告 …………………………………………………14</p><p>　　主要參考文獻 ………………………………………………………16</p><p>

21、　　附錄 A 電路原理圖…………………………………………………17</p><p>　　附錄 B 實物圖………………………………………………………18</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 溫度傳感器</b></p><p>　　集成溫度傳感器是目

22、前應用范圍最廣、使用最普及的一種全集成化傳感器。其種類很多，大致可分為以下5類：1、模擬集成溫度傳感器；2、模擬集成溫度控制器；3、智能溫度傳感器；4、通用智能溫度控制器；5、微機散熱保護專用的智能溫度控制器。</p><p>　　集成溫度傳感器的主要應用領域有以下3個方面：</p><p>　　1.溫度測量：可以構成數字溫度計、溫度變送器、溫度巡回檢測儀、智能化溫度檢測系統(tǒng)及網絡化測溫系

23、統(tǒng)。</p><p>　　2.溫度控制：適用于智能化溫度測控系統(tǒng)、工業(yè)過程控制、現場可編程溫度控制系統(tǒng)、環(huán)境溫度監(jiān)測及報警系統(tǒng)、中央空調、風扇溫控電路、微處理器及微機系統(tǒng)的過熱保護裝置、現代辦公設備、電信設備、服務器中的溫度測控系統(tǒng)、電池充電器的過熱保護電路、音頻功率放大器的過熱保護電路及家用電器。</p><p>　　溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。

24、在整個宇宙當中，溫度無處不存在。無論在地球上還是在月球上，也無論是在熾熱的太陽上還是在陰冷的冥王星上，這一切無不由于空間位置的不同而存在著溫度的差別。</p><p>　　濕度，表示大氣干燥程度的物理量。在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽越少，則空氣越干燥；水汽越多，則空氣越潮濕?？諝獾母蓾癯潭冉凶觥皾穸取薄Ｔ诖艘饬x下，常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點等物理量來表示。濕度表示氣體中

25、的水蒸汽含量,有絕對濕度和相對濕度兩種表示方法。絕對濕度是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質量，一般其單位是克/立方米，絕對濕度的最大限度是飽和狀態(tài)下的最高濕度；相對濕度是絕對濕度與最高濕度之間的比，它的值顯示水蒸氣的飽和度有多高。</p><p>　　溫度、濕度和人類的生產、生活有著密切的關系，同時也是工業(yè)生產中最常見最基本的工藝參數，例如機械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對溫度、濕度的檢測與控制。并且隨

26、著人們生活水平的提高，人們對自己的生存環(huán)境越來越關注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測及控制就非常有必要了。</p><p>　　溫度、濕度是工業(yè)農業(yè)生產不可缺少的因素，但傳統(tǒng)的方法是用溫度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測量計和濕度試紙等測試器材，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的庫房進行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，且測試的溫度及濕度誤

27、差大，隨機性大。含有微型計算機或微處理器的測量儀器，由于它擁有對數據存儲，運算邏輯判斷及自動化的功能，有著智能作用。隨著生產的發(fā)展，一個低成本和具有較高精度的溫度濕度測量儀在許多領域會代替人工操作，自動控制各種儀器調整環(huán)境溫度濕度。目前市場上普遍存在的溫濕度檢測儀器大都是單點測量，而且溫濕度信息傳遞不及時，精度達不到要求，不利于控制者根據溫度、濕度變化及時做出決定，為此，本設計開發(fā)了一種能夠同時測量多點，并實時性高、精度高，能夠綜合處理

28、多點溫濕度信息，并能進行溫濕度控制的測控產品?？傊h(huán)境溫濕度的檢測與調節(jié)儀器的設計和開發(fā)具有非常大的市場前景和實用價值。</p><p>　　第2章 溫度測量儀的設計</p><p><b>　　2.1、設計方案</b></p><p>　　2.1.1、溫度測量儀設計思路</p><p>　?。?）、選擇被測對象，經過

29、溫度傳感器AD590將溫度轉換為電流，然后經過溫度－電壓變化，轉化為電壓；</p><p>　?。?）、轉化的電壓再經過K—℃變換電路轉化為絕對℃；</p><p>　　（3）、再經過反相比例放大電路，將電壓值放大；</p><p>　?。?）、最后利用差分放大電路，將電壓進行比較，通過驅動電路進行報警，超過設定溫度，發(fā)光二極管將會變亮。</p>&l

30、t;p>　　2.1.2、溫度測量儀框圖</p><p>　　溫度測量儀經過下圖2.1-1過程完成，達到效果。</p><p>　　圖1 溫度測量儀原理框圖</p><p>　　其中，每個框圖作用如下：</p><p>　　K—℃變換電路：將開爾文溫度轉變?yōu)榻^對溫度℃；</p><p>　　放大電路：經過運算放大器

31、實現電壓的放大作用;</p><p>　　電壓比較器：運用差分放大電路原理將電壓進行比較，得到攝氏溫度與輸出電壓的關系。</p><p>　　報警設備：實現實驗結果。</p><p><b>　　第三章 電路設計</b></p><p>　　3.1溫度—電壓變換</p><p><b>

32、　　溫度—電壓變換電路</b></p><p>　　圖2溫度—電壓變換電路</p><p>　　在圖中， U的值為I乘上10K，以T℃而言，輸出值為10K×（273.2+T）μA=（2.732+0.01T）V； 測量電壓U時，不可分出任何電流否則測量值會不準。</p><p>　　在該電路中，包含了一個電壓跟隨器。</p><

33、;p>　　電壓跟隨器的特性如下：</p><p><b>　　·隔離緩沖。</b></p><p>　　·電壓跟隨（極性不變）。</p><p>　　·電壓放大倍數為一倍，只是改善輸出量的輸出質量，不改變輸出值。</p><p>　　利用電壓跟隨器的隔離緩沖作用確保了AD590輸出的電

34、壓值穩(wěn)定。</p><p>　　AD590溫度傳感器是一種已經IC化的溫度感測器，它會將溫度轉換為電流。</p><p>　　AD590的主要特性如下：</p><p>　　·流過器件的電流等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數。</p><p>　　·AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。</p>

35、<p>　　·AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。</p><p>　　·精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內，非線性誤差為±0.3℃。</p><p

36、>　　AD590最重要的特性是：度每增加1℃，它會增加1μA輸出電流。</p><p>　　AD590的接口電路十分簡單，不需要外圍溫度補償和線性處理電路，便安裝調試。AD590的管腳圖及元件符號如下圖所示。</p><p>　　圖3 AD590管腳（第三個腳可以不用,是接外殼做屏蔽用的）</p><p>　　圖4 AD590元件符號（1管腳接電源；2管腳輸出

37、電流）</p><p>　　AD590基本應用電路如下圖所示。</p><p>　　圖5 AD590基本應用電路</p><p>　　在圖3中，經過實驗測得AD590輸出電流I與攝氏溫度T與輸出電壓U及開爾文溫度K的關系如下：</p><p>　　由該圖表分析可得AD590的輸出電流值說明如下：其輸出電流是以絕對溫度零度（-273.2℃）為基

38、準，每增加1℃，它會增加1μA輸出電流，因此在T℃時，其輸出電流Io=（273.2+T）μA。</p><p>　　3.2 2.732V電壓產生電路</p><p>　　利用AD590的基本應用電路（圖3）可得到電壓U=（2.732+0.01T）V，即AD590的溫控電流值是對應熱力學溫度K，而在溫控中需要采用攝氏溫度℃</p><p>　　，需要設計電路消去關系

39、式中的2.732V，消去2.732V后，就得到了輸出電壓U與攝氏溫度T的關系。需要設計一個得到恒壓2.732V的電路。</p><p>　　為了得到2.732V電壓，可使用下圖電路：</p><p><b>　　圖6 </b></p><p><b>　　3.3 穩(wěn)壓調整</b></p><p>　

40、　調整變阻器的值使Uo=2.732V。但該電路存在缺點。由于一般電源供應較多器件之后，電源是帶噪聲的，使得Uo不穩(wěn)定。因此可使用穩(wěn)壓管利用可變電阻分壓調整，調整后電路圖如下：</p><p><b>　　圖7</b></p><p><b>　　3.4差分放大電路</b></p><p><b>　　圖8 差分放

41、大電路</b></p><p>　　差分放大電路（上圖）的作用是消去關系式U=（2.732+0.01T）V中的2.732V，并對信號進行放大。利用差分法大電路得到輸出Uo=10(Uo2-Uo1)=T/10V。這樣就得到了攝氏溫度與輸出電壓的關系。利用數字電壓表就可以測量出當前的溫度了。如果當前的溫度為28℃，則測出的電壓為2.8V。</p><p>　　LM358 內部包括有兩

42、個獨立的、增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的使用運算放高大器的場合。</p><p>　　LM358引腳如下圖所示。</p><p>　　圖9 LM358引腳圖</p><p>　　LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它

43、的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電。</p><p>　　LM358特性如下：</p><p><b>　　· 內部頻率補償。</b></p><p>　　· 直流電壓增益高(約100dB)。</p><p>　　· 單位增益頻帶寬(約1MHz)。</p&g

44、t;<p>　　· 電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)。</p><p>　　3.5 控制報警系統(tǒng)電路</p><p>　　控制報警系統(tǒng)電路設計如下圖</p><p>　　圖10 報警控制中的差分</p><p>　　將顯示溫度的輸出電壓作為此圖的輸入電壓，與可調的額定電壓比較，來輸出一個控制報警系統(tǒng)的電壓。假如設額

45、定電壓為4.3V，則當輸入為5V時，它的輸出為0.7V（原理與上面的差分放大電路一樣，這里就不重復了），可以作為三級管的開關控制電壓。</p><p><b>　　3.6 報警原理圖</b></p><p><b>　　圖11報警顯示圖</b></p><p>　　出入電壓為三極管的控制電壓，當電壓大于0.7V時，三極管C

46、E極為導通狀態(tài)，及發(fā)光二級關的電壓為VCC，這是就可知道，溫度超過了50°，此電路處于報警狀態(tài)。</p><p>　　第四章 全圖設計與仿真測試</p><p>　　4.1 完整電路圖設計圖</p><p>　　根據第三章的分析，我們將設計完整的電路圖，如下圖：</p><p>　　4.2 0°時的仿真</p>

47、;<p>　　4.3 50°溫度時的仿真</p><p>　　4.4 大于50°時的仿真</p><p>　　第五章 PCB板的制作</p><p>　　按照原理圖，我們畫好PCB圖：</p><p>　　第六章 材料清單及電路相關參數</p><p><b>　　6.1

48、 材料清單</b></p><p>　　實驗板140*95 1個</p><p>　　集成溫度傳感器 AD590 1個</p><p>　　集成運算放大器（帶插座）LM358 2個</p><p>　　穩(wěn)壓管2DW231(穩(wěn)壓6v)</p><p>　　電阻1/4W 1K 5個</p

49、><p>　　電阻1/4W 10K 4個</p><p>　　電阻1/4W 100K 2個</p><p>　　直流電源 12V/1A 1個</p><p>　　直流電源 5V/1A 1個</p><p>　　電位器 68K 1個</p><p>　　三極管 901

50、4 1個</p><p>　　二極管 05Z6.2Y 1個 </p><p>　　LED或者蜂鳴器 1個</p><p><b>　　6.2 元件參數</b></p><p><b>　　AD590參數：</b></p><p>　　· 輸入電壓：+4V

51、~+30V。</p><p>　　· 測量范圍： -55℃～+150℃。</p><p><b>　　LM358參數：</b></p><p>　　· 電源電壓范圍：單電源3～30V。</p><p><b>　　2DW231參數：</b></p><p>

52、;　　·穩(wěn)壓范圍：5.8V~6.6V</p><p><b>　　第七章 總結報告</b></p><p><b>　　制作過程</b></p><p>　　通過一理論課程，使我明白了溫度測量儀原理，并通過進一步了解，使我對溫度測量儀的焊接調試過程充滿信心。但到了實踐過程，我們遇到了一些困難。</p>

53、<p>　　我們在買、購買元器件時會碰到一些問題，店家沒有我們那個規(guī)格的元件，我們只能用其他代替。如50K的電阻器，我們就換成了68K的。但經過一些調整，這些變化不會改變電路性能。</p><p>　　焊接方面，首先，我們要掌握電烙鐵的使用。從網上查閱資料查到了一些電烙鐵的使用技巧：</p><p>　　1．將烙鐵頭放置在焊盤和元件引腳處，使焊接點升溫。 </p>

54、<p>　　2．當焊點達到適當溫度時，及時將松香焊錫絲放在焊接點上熔化。 </p><p>　　3． 焊錫熔化后，應將烙鐵頭根據焊點形狀稍加移動，使焊錫均勻布滿焊點，并滲入被焊面的縫隙。焊錫絲熔化適量后，應迅速拿開焊錫絲。 </p><p>　　4. 拿開電烙鐵，當焊點上焊錫已近飽滿，焊劑(松香)尚未完全揮發(fā)，溫度適當，焊錫最亮，流動性最強時，將烙鐵頭沿元件引腳方向迅速移動，

55、快離開時，快速往回帶一下，同時離開焊點，才能保證焊點光亮、圓滑、無毛刺。用偏口鉗將元件過長的引腳剪掉，使元件引腳稍露出焊點即可。 </p><p>　　5．焊幾個點后用金屬絲擦擦烙鐵頭，使烙鐵頭干凈、光潔。</p><p>　　遵照上述5個步驟，我們對電路板進行了焊接。</p><p><b>　　心得體會</b></p><

56、;p>　　經過了一個課程設計，我感想頗多。</p><p>　　首先，我明白了做事情一定要抓緊時間，不能一拖再拖。原本我們以為一個星期的時間做出一個電路板綽綽有余，所以開始幾天的進度很慢。可結果是，中間遇到了很多意想不到的問題，導致最后時間不夠用，一直到禮拜天才將設計及報告全部完成。經過這次課程設計，我們懂得只有抓緊時間才能夠適應快節(jié)奏的社會，拖拖拉拉最后會一事無成。</p><p>

57、;　　其次，我明白了實踐的重要性。理論知識固然重要，但只有將理論投入到實踐中去檢驗，才能體現出理論的價值。電路元件只有焊接到電路板上，才能發(fā)揮其真正的作用，單純的研究理論知識，而不去動手實踐，我們就不能全面發(fā)展，就不能成為真正對社會有意義的人。</p><p>　　最后，我還明白了團隊合作的重要性。二十一世紀是一個需要的是團隊合作，而不是單打獨斗。一個大的項目，單純靠一個人的力量是無法完成的。只有在一個團隊的共同

58、努力下，才能最終走向成功。</p><p>　　這次課程設計，帶給我很多的教訓，但更多的是經驗，我相信我會越來越成熟。</p><p><b>　　主要參考文獻</b></p><p>　　[6]康華光．電子技術基礎模擬部分（第五版）．高等教育出版社．</p><p>　　[7]康華光．電子技術基礎數字部分（第五版）．