電子與信息工程畢業(yè)論文多路溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　多路溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </

2、p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中常見(jiàn)的和最基本的工藝參數(shù)之一，對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。本文

3、采用數(shù)字電子技術(shù)，使測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫的精度、可靠性有一定提高，測(cè)溫系統(tǒng)外圍結(jié)構(gòu)也大為簡(jiǎn)化。在工業(yè)生產(chǎn)中，可大幅提高生產(chǎn)效率。對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)和生活有很大的作用。</p><p>　　設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)可以多點(diǎn)測(cè)溫的電路，溫度傳感器檢測(cè)得到的溫度經(jīng)過(guò)多路輸入后經(jīng)過(guò)5倍放大電路，再A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號(hào)輸出，不僅可以顯示溫度值，還能夠直接讀出該溫度所在的通道。該設(shè)計(jì)還包括一個(gè)溫度比較電路和一個(gè)報(bào)警電路，可手動(dòng)設(shè)置報(bào)警溫

4、度，放大信號(hào)進(jìn)入比較電路，跟手動(dòng)設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)量溫度大于設(shè)置溫度時(shí)即報(bào)警電路工作，發(fā)出警報(bào)，指示燈亮。否則，工作正常。</p><p>　　本文采用數(shù)字電路構(gòu)成控制器，按照一定的頻率實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)的循環(huán)檢測(cè)。在仿真軟件環(huán)境中設(shè)計(jì)各單元電路，并將各單元電路封裝即可得總體電路。再經(jīng)調(diào)試、仿真得到多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案正確可靠，檢測(cè)精度等符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)更多通道溫度檢測(cè)系統(tǒng)，為應(yīng)用

5、于一般的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可靠的理論支持。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)；電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化；多路</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperature is one of the most common and basic parameters in the industry and

6、 agriculture production and daily life, in temperature measurement and control of occupied a very important position .This paper USES the digital electronic technology, make temperature measuring system temperature measu

7、ring accuracy and reliability have improved, temperature measurement system simplifies the outer structure .In industrial production, can dramatically improve the production efficiency .To improve the p</p><p&

8、gt;　　Design of the main task is to design A multi-point measurement temperature circuit, the temperature of the temperature sensor detection through multiple road get input amplifier circuit after five times and then get

9、 A/D conversion digital signal output after temperature, not only can display, it can directly read the temperature in the channel. This design also includes a temperature is circuit and an alarm circuit, can be manually

10、 set alarm temperature, boosting signals into the comparative cir</p><p>　　Adopting digital circuit constitute controller, according to certain frequency realize multiple temperature signal cycle detection .

11、In the simulation software environment design each unit circuit, and will be available to each unit circuit encapsulation overall circuit . Then after commissioning, simulation get multiple temperature testing system .Th

12、e simulation results show that the design scheme, accurate and reliable detection accuracy, etc in accordance with the design index .Can be realized</p><p>　　Keywords: Temperature testing; Electronic design

13、automation; multi-channel </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 研

14、究的目的與意義4</p><p>　　第2章 方案的設(shè)計(jì)比較5</p><p>　　2.1 溫度檢測(cè)傳感器的介紹5</p><p>　　2.1.1 電阻溫度傳感器5</p><p>　　2.1.2 熱電偶溫度傳感器6</p><p>　　2.1.3 PN結(jié)型及集成電路式溫度傳感器6</p>&

15、lt;p>　　2.1.4 輻射式溫度傳感器7</p><p>　　2.1.5 石英諧振型溫度傳感器7</p><p>　　2.1.6 光纖溫度傳感器8</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)思想和任務(wù)8</p><p>　　2.3 方案比較8</p><p>　　2.3.1 方案一8</p>

16、<p>　　2.3.2 方案二10</p><p>　　2.3.3 方案三10</p><p>　　2.4 方案選擇11</p><p>　　第3章 單元電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 多路溫度輸入電路12</p><p>　　3.2 信號(hào)放大電路13</p><p

17、>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路15</p><p>　　3.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5 溫度比較電路17</p><p>　　3.6 數(shù)碼管譯碼電路17</p><p>　　3.7 總電路圖18</p><p><b>　　總結(jié)與心得20</b></p

18、><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景</p><p>　　溫度是半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)制造中常見(jiàn)的和最基本的工藝參數(shù)

19、之一, 任何物理變化和化學(xué)變化的過(guò)程都與溫度密切相關(guān), 因此, 在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。 采用微型機(jī)進(jìn)行溫度檢測(cè)、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)控制, 對(duì)于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和人力資源利用等具有重要作用。</p><p>　　國(guó)外城市集中供熱開始較早，具有發(fā)展快、規(guī)模大的特點(diǎn)，其中集中供熱系統(tǒng)中的測(cè)試儀器與控制設(shè)備的研究居多，技術(shù)水平也較成熟。歐洲早在二十世紀(jì)二三十年代就已經(jīng)出現(xiàn)了供熱

20、溫度檢測(cè)系統(tǒng)，七八十年代就已經(jīng)全面實(shí)行集中供熱溫度檢測(cè)網(wǎng)。美國(guó)在八十年代末九十年代初期溫控測(cè)量?jī)x表的應(yīng)用就己經(jīng)達(dá)到將近300萬(wàn)臺(tái)。二十世紀(jì)七八十年代大量能源的消耗導(dǎo)致環(huán)境污染非常嚴(yán)重，進(jìn)而引發(fā)的能源危機(jī)，使能源的節(jié)約與環(huán)境的保護(hù)成為世界矚目的大事，這就促進(jìn)越來(lái)越多的發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)供熱溫度檢測(cè)技術(shù)的研究與深入發(fā)展。北歐城市集中供熱相對(duì)發(fā)達(dá)，率先使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱網(wǎng)的自動(dòng)檢測(cè)與運(yùn)行管理，且得到了廣泛的發(fā)展。北歐集中供熱系統(tǒng)中，一般是在熱用戶入口處

21、安裝常規(guī)的測(cè)控設(shè)備與儀器，以實(shí)現(xiàn)供熱溫度自動(dòng)檢測(cè)與控制。運(yùn)行后的實(shí)踐表明，因多通道溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)，集中供熱網(wǎng)大體消除了供熱不均的現(xiàn)象，不僅保證了供熱質(zhì)量的改善，也提高了運(yùn)行管理的水平。</p><p>　　我國(guó)集中供熱是在八十年代中期發(fā)展起來(lái)的，但是技術(shù)水平與供熱規(guī)模相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還較大，而采用計(jì)算機(jī)檢測(cè)與管理技術(shù)也相對(duì)較晚。在我國(guó)，1986年就開始施行節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。到

22、2000年建設(shè)部通過(guò)調(diào)查北方地區(qū)的結(jié)果表明:同期建筑中真正的節(jié)能建筑只占到總量的6.4%。以我國(guó)的供暖現(xiàn)狀來(lái)看，采暖能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家同等氣候條件下的3倍以上，然而供暖效果卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，造成能源大量浪費(fèi)的原因，除了用戶的節(jié)能意識(shí)不夠與收費(fèi)制度不能刺激節(jié)能外，還由于傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)與運(yùn)行管理的落后，不能從根本上解決高能耗的行為。如果直接應(yīng)用國(guó)外的溫度檢測(cè)技術(shù)，并不能適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)，除水質(zhì)問(wèn)題與管理問(wèn)題，還有很多技術(shù)性問(wèn)

23、題不能解決。如設(shè)備的工作環(huán)境與系統(tǒng)規(guī)模的大小等都存在很大差異，不做改變拿來(lái)就用，很難取得良好的效果。當(dāng)前國(guó)內(nèi)許多城市根據(jù)建筑采暖問(wèn)題，對(duì)節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行了研究與開發(fā)，引進(jìn)、消化并研制了一些溫檢設(shè)備和儀器。北京、沈陽(yáng)、哈爾濱等城市的供熱部門也用不同規(guī)模、不同的供熱溫檢方案進(jìn)行了試驗(yàn)，并取得了一些成效。遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為兩種模式:有線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模式和無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模式 (1)有線遠(yuǎn)</p><p>　　溫度是一個(gè)非常

24、重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過(guò)程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。因此對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來(lái)越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度

25、進(jìn)行自動(dòng)控制，保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)、外的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常采用的是“單片機(jī)+RS232/RS485模塊”或“單片機(jī)+GPRS模塊”來(lái)實(shí)現(xiàn)。此類方案的優(yōu)點(diǎn)是硬件成本較低，但是由于硬件功能有限，只能實(shí)現(xiàn)很少的應(yīng)用功能。然而隨著高性能的嵌入式微處理器逐步出現(xiàn)及成本不斷降低，

26、ARM系列的高性能嵌入式微處理器代替單片機(jī)的模式應(yīng)運(yùn)而生。由于ARM系列嵌入式微處理的功能非常強(qiáng)大，接近通用的微處理性能指標(biāo)，因此具有更廣泛的應(yīng)用前景。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)的許多公司也做了大量有效的工作，為建立適合的供熱溫度檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行了有利的探索，并做出了一些示范工程，取得了較好的成效。(l)北京華夏日盛科技有限公司研發(fā)的居民小區(qū)集中供暖無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由中心數(shù)據(jù)集中器和室內(nèi)溫度采集器兩部分組成。中心數(shù)據(jù)集中器通過(guò)RS232或RS485

27、與計(jì)算機(jī)連接，用于設(shè)置溫度采集器的工作方式，并將采集到的溫度值上報(bào)給計(jì)算機(jī)顯示，溫度采集器放置在居民用戶家里。本系統(tǒng)的工作溫度范圍是: O℃-85℃。缺點(diǎn):數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，系統(tǒng)成本較高。(2)沈陽(yáng)市興達(dá)科技開發(fā)有限公司研發(fā)的GPRS溫度采集系統(tǒng)，是GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通信系列產(chǎn)品之一。GPRS一溫度采集系統(tǒng)是在GPRS</p><p>　　對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)與處理屬于數(shù)據(jù)采集與處理的研究范疇。溫度測(cè)量一直是非電量測(cè)量領(lǐng)

28、域中一個(gè)典型課題，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，將溫度變換成電量的變換電路起著至關(guān)重要的作用，而溫度傳感器又是該電路的關(guān)鍵元器件。溫度檢測(cè)是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，溫度檢測(cè)系統(tǒng)起著越來(lái)越重要的作用并已應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如:安全生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能源等方面，而且它們對(duì)溫度檢測(cè)的要求也越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)對(duì)溫度的測(cè)量大都限于近距離單點(diǎn)測(cè)溫，而多點(diǎn)溫度檢測(cè)也越來(lái)越受到相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的重視。多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于溫度傳

29、感器的選擇、主控單元的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的后續(xù)處理過(guò)程等。傳統(tǒng)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要由多個(gè)模擬溫度傳感器、信號(hào)放大器、多路選擇開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器和主機(jī)組成，如圖1.1所示。首先由溫度傳感器將收集到原始信號(hào)送入信號(hào)放大器放大，然后放大的信號(hào)被送入多路選擇開關(guān)，多路選擇開關(guān)在主機(jī)的控制下輪流切換各被測(cè)溫度信號(hào)，使它們與測(cè)量電路依次接通，并被送入A/D轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)先通過(guò)采樣保持電路，已由模擬量變成了間斷模擬量，這是為模數(shù)轉(zhuǎn)換作了準(zhǔn)備，信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)

30、換器后，已由模擬量變成了離散的數(shù)字量，這個(gè)</p><p>　　圖1.1 傳統(tǒng)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍很廣泛，如付文羽等利用鉑電阻作為溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了烤煙爐多點(diǎn)測(cè)溫與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。梁新榮等設(shè)計(jì)了基于薄膜鉑溫度傳感器的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)并在酒精生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)蒸餾塔進(jìn)行多點(diǎn)溫度檢測(cè)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用分析我們發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)有如下弊端:</p>

31、<p>　　(1)這些領(lǐng)域溫度檢測(cè)的共同特點(diǎn)是:測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)測(cè)中心遠(yuǎn)等;</p><p>　　(2)在電路設(shè)計(jì)上存在電源干擾、濾波不可靠，線路過(guò)于復(fù)雜、無(wú)屏蔽措施，而且元器件價(jià)格高、組成的系統(tǒng)體積大等因素;</p><p>　　(3)在元件選擇上由于選用模擬器件造成工作模式煩瑣，也會(huì)造成系統(tǒng)有較大的偏差，不可靠;</p><p>

32、　　(4)溫度檢測(cè)系統(tǒng)中大都采用像熱敏電阻這樣的模擬溫度傳感器，一般經(jīng)前端放大、信號(hào)調(diào)理、A/D變換和數(shù)據(jù)修正等，過(guò)程較為復(fù)雜，而且模擬溫度傳感器的可靠性相對(duì)較差，測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)的精度也差;</p><p>　　(5)對(duì)于多點(diǎn)溫度檢測(cè)的場(chǎng)合，檢測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多，各檢測(cè)點(diǎn)到測(cè)試裝置之間引線距離的不同，各敏感元件參數(shù)的不一致造成的誤差大，更難以消除，使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。</p>

33、;<p>　　而隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種高科技芯片及元器件的出現(xiàn)，采用數(shù)字電子技術(shù)的多路溫度檢測(cè)技術(shù)，這種由數(shù)字溫度傳感器構(gòu)成的檢測(cè)電路，其中一個(gè)很大的變化就是傳感器由以前的模擬輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯拥臄?shù)字輸出，省去了傳統(tǒng)溫度測(cè)量電路中的調(diào)理、變送、補(bǔ)償、轉(zhuǎn)換、修正等環(huán)節(jié)。這樣整個(gè)測(cè)量電路不會(huì)引入附加誤差，測(cè)溫系統(tǒng)的精度與分辨力完全由數(shù)字化的傳感器所決定。在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)，具有電路簡(jiǎn)單、測(cè)

34、量的精度高、價(jià)格低、能工作在寬溫度范圍和方便管理等顯著優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.3 研究的目的與意義</p><p>　　隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性和實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，溫度測(cè)量的精度和準(zhǔn)確度較低，而且大多采用有線方式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，這不利于應(yīng)用的擴(kuò)展。</p><

35、;p>　　溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是工農(nóng)業(yè)應(yīng)用中一個(gè)典型且極其廣泛的系統(tǒng)，對(duì)不同控制對(duì)象的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。目前，智能溫室是在普通溫室大棚的基礎(chǔ)上，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)等發(fā)展起來(lái)的。一個(gè)完整的智能溫室控制系統(tǒng)由溫度控制、濕度控制、光照控制、澆灌控制、數(shù)據(jù)采集與處理等五個(gè)子系統(tǒng)組成，它們分別完成對(duì)作物生長(zhǎng)條件的控制。智能溫室控制是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，溫度控制在整個(gè)控制系統(tǒng)中具有非常重要的地位，溫室溫度過(guò)高或過(guò)低均對(duì)作物

36、的生長(zhǎng)有重要影響。而數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)處理后通過(guò)控制器來(lái)對(duì)其它控制環(huán)節(jié)作相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到作物生長(zhǎng)的最佳環(huán)境。為了減少溫度的變化給控制系統(tǒng)帶來(lái)不良結(jié)果，避免局部溫度過(guò)高，不僅需要用更精確的溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行更有效的測(cè)量，也要對(duì)溫室進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，做到精確測(cè)量和穩(wěn)定控制。</p><p>　　溫度作為工業(yè)生產(chǎn)中主要的被控參數(shù)之一，與之相關(guān)的各種溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、食品等領(lǐng)域。溫度

37、控制是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食儲(chǔ)備、計(jì)算機(jī)機(jī)房等都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制。因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。溫度控制系統(tǒng)屬于一階純滯后環(huán)節(jié)，具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制方式超調(diào)大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、

38、控制精度低。采用數(shù)字電子電路進(jìn)行溫度檢測(cè)，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、精度高、控制效果好等特點(diǎn)，對(duì)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科技進(jìn)步等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　第2章 方案的設(shè)計(jì)比較</p><p>　　2.1 溫度檢測(cè)傳感器的介紹</p><p>　　溫度的檢測(cè)方法有多種,常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型及石英諧振型等，它們都是基于溫度變化引起其物理參

39、數(shù)(如電阻值,熱電勢(shì)等)的變化的原理，隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了適用于高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾等惡劣環(huán)境的光纖溫度傳感器。下面分別予以介紹：</p><p>　　2.1.1 電阻溫度傳感器</p><p>　　這種傳感器以電阻作為溫度敏感元件，根據(jù)敏感材料不同又可分成熱電阻式和熱敏電阻式，熱電阻式一般用金屬材料制成,如鉑、銅、鎳等。熱敏電阻是以半導(dǎo)體材料制成的陶瓷器件,如錳、鎳、鈷等金屬的氧化

40、物與其它化合物按不同配比燒結(jié)而成。a.熱電阻傳感器，熱電阻的溫度系數(shù)一般為正值，以鉑電阻為例,其阻值Rt與溫度t間的關(guān)系為Rt=R0(1+At+Bt2),0℃≤t≤650℃;Rt=R0[1+At+Bt2+Ct3(t-100)],-200℃≤t≤0℃,其中A=3.9684×10-8/℃,B=-5.8470×10-7/℃2,C=-4.2200×10-12/℃4,R0為0℃時(shí)的值,由此可見(jiàn),在一定溫度范圍內(nèi),阻值

41、與溫度近似呈線性關(guān)系。由于鉑電阻測(cè)溫范圍寬,精度高,制作誤差小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且已有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),鉑電阻溫度傳感器已廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合的溫度測(cè)量與控制。b.熱敏電阻傳感器，用作溫度敏感元件的熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù),其值約為-3%～-5%℃,在常溫范圍內(nèi)(0～200℃)其阻值Rt與溫度T的關(guān)系(圖2.1) Rt=R0 eB(1/T-1/T0),其中R0為T0對(duì)應(yīng)的阻值,B為與熱敏電阻材料有關(guān)的常數(shù)。熱敏電阻</p><p&

42、gt;　　圖2.1 典型熱敏電阻特征</p><p>　　2.1.2 熱電偶溫度傳感器</p><p>　　熱電偶測(cè)溫是基于“熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)”。所謂熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)是指A、B兩種不同的導(dǎo)體組成閉合回路,若兩結(jié)點(diǎn)溫度不同則在回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),形成熱電流。若A、B兩導(dǎo)體的結(jié)點(diǎn)(熱端)溫度為T,而另一端(冷端)溫度為T0,則熱電動(dòng)勢(shì)為</p><p>　　E(T,T0)=(T-

43、T0)(lnNA/Nb)k/e,</p><p>　　其中k為波爾茲曼常數(shù),e為電子電荷,NA,Nb為與材料有關(guān)的常數(shù)。測(cè)量E(T,T0)的大小便能確定被測(cè)溫度T。適合制作熱電偶的材料很多,如鎢錸絲熱電偶,可測(cè)溫度高達(dá)2450℃;而銅-銅錫熱電偶可測(cè)量-271～-243℃的低溫,鎳鉻-鐵金熱電偶在-269～0℃間具有13.7～20V/℃的靈敏度。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn),已

44、廣泛用作溫度傳感器的敏感元件。以上所述利用電阻及熱電偶檢測(cè)溫度,需將其與被測(cè)物體直接接觸以充分進(jìn)行熱交換,熱交換不充分就會(huì)造成測(cè)量誤差。因此普通的熱電偶只能用于測(cè)量氣體、液體的溫度,為便于測(cè)量各種形狀的固體的溫度,人們研制出了特殊的熱電偶,如薄膜熱電偶、表面熱電偶等。熱電阻測(cè)溫同樣存在問(wèn)題,一往采用的繞線式電阻耐壓及振動(dòng)能力差,如今已出現(xiàn)薄膜式鉑電阻,薄膜式銅電阻感溫元件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,測(cè)溫精度不斷提高,現(xiàn)已可將熱電偶測(cè)溫、熱電

45、阻測(cè)溫及計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合,大大地?cái)U(kuò)展了測(cè)溫范圍,提高了測(cè)量精度。</p><p>　　2.1.3 PN結(jié)型及集成電路式溫度傳感器</p><p>　　半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型測(cè)溫手段。眾所周知,PN結(jié)的反向電流隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化,而當(dāng)正向電流不變時(shí),其正向壓降隨溫度近似線性變化?，F(xiàn)代的PN結(jié)溫度傳感器都是利用正向壓降進(jìn)行測(cè)溫。PN結(jié)正向壓降Vbe與絕對(duì)溫度T間的關(guān)系為

46、: Vbe=kT[ln(I/I0)+1]/q,其中I和I0分別為PN結(jié)的正向電流和反向飽和電流,k和q分別為波爾茲曼常數(shù)和電子電荷。由此可見(jiàn),只有I與I0的比值穩(wěn)定,Vbe與T間的關(guān)系才能確定,現(xiàn)代的溫度傳感器都將恒流源、放大電路、補(bǔ)償電路集成在一起做成集成溫度傳感器,其感溫部分線路如圖2.2所示。由圖可知,輸出電壓Vbe與溫度的關(guān)系為: Vbe=kTln(Ic1/Ic2)/q,只要保持Ic1/Ic2為定值,測(cè)量已知電阻R上的電壓Vbe

47、便可得到溫度值。集成電路溫度傳感器具有體積小、重量輕、精度高等特點(diǎn),測(cè)溫范圍在-50～150℃,也正好是最常見(jiàn)的溫度范圍。文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的一種電流輸出型溫度傳感器在0～20℃內(nèi)靈敏度可達(dá)1.06A℃,線性誤差不超過(guò)±0.2℃,穩(wěn)定性為0.02℃/4h。</p><p>　　圖2.2 集成溫度傳感器感溫部分線路</p><p>　　2.1.4 輻射式溫度傳感器</p>&l

48、t;p>　　眾所周知,自然界的所有物體對(duì)輻射都具有吸收和反射的能力。輻射式溫度傳感器就是利用物體的熱輻射特性制成的，被測(cè)物體的輻射能被熱敏元件(如熱電偶、熱敏電阻等)吸收時(shí)可使其物理參數(shù)(如輸出電勢(shì)、電阻值等)發(fā)生變化,利用現(xiàn)代測(cè)量手段檢測(cè)出這種變化就可得被測(cè)溫度，根據(jù)敏感原理不同,輻射式溫度傳感器可分為全輻射式、紅外輻射式、光電亮度式和光電比色式等,并能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量,可測(cè)溫度高達(dá)3000℃以上。全輻射式傳感器中敏感元件接受被測(cè)

49、物體的全部輻射能而使參數(shù)發(fā)生變化;紅外輻射式傳感器中敏感元件只接受被測(cè)物體輻射能中部分波長(zhǎng)的能量;比色式傳感器是基于物體溫度不同其輻射能的光譜分布不同;而亮度測(cè)量法是通過(guò)測(cè)量物體在一定波長(zhǎng)下單色輻射亮度來(lái)確定溫度,被測(cè)溫度的微小變化就會(huì)引起單色亮度很大變化，如輻射體溫度由1200K上升到1500K時(shí),總輻射能僅增加2.5倍,而波長(zhǎng)為0.660M的紅光單色亮度可增加10倍以上,因此此方法是輻射測(cè)溫中最精確的一種。</p>&

50、lt;p>　　2.1.5 石英諧振型溫度傳感器</p><p>　　目前廣泛采用的電阻式、半導(dǎo)體式、熱電偶式溫度傳感器有時(shí)難以滿足分辨率及精度的要求。近來(lái)出現(xiàn)的石英諧振型溫度傳感器是將用水熱和法生長(zhǎng)的人造石英晶體按一定角度切割而獲得的性能優(yōu)良的傳感器，它以石英晶體的諧振頻率f為溫度T的敏感參數(shù)</p><p>　　f=f0[1+(T-T0)+ (T-T0)2+…],</p>

51、;<p>　　其中T0為基準(zhǔn)點(diǎn)溫度,f0為T0所對(duì)應(yīng)的頻率, 及為常數(shù)，只要測(cè)出振蕩頻率即可確定溫度T.石英晶體的諧振曲線非常尖銳且穩(wěn)定性好,并可將溫度轉(zhuǎn)化成頻率以數(shù)字量的形式輸出,因此可達(dá)到很高的分辨率和精度,采用合適的晶體切型還可使其只對(duì)溫度而不對(duì)其它參數(shù)敏感。</p><p>　　2.1.6 光纖溫度傳感器</p><p>　　這是70年代發(fā)展起來(lái)的新型傳感器,它是將光

52、源的光經(jīng)光纖送入調(diào)制區(qū),在調(diào)制區(qū)內(nèi)被測(cè)參數(shù)(溫度)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用使光的光學(xué)性質(zhì)(如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率等)發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號(hào)光,再經(jīng)光纖送入光檢測(cè)器及解調(diào)器而獲得被測(cè)參數(shù),此種方法也適于其它參數(shù)的測(cè)量,根據(jù)傳感原理不同,光纖溫度傳感器可分成功能型和傳輸型,功能型傳感器中光纖既是傳光的介質(zhì)又是溫度敏感元件,因此結(jié)構(gòu)巧妙、簡(jiǎn)潔,但既滿足傳輸要求又滿足敏感要求的光纖制作難度大,所以只在有特殊要求的場(chǎng)合使用;傳輸型傳感器中光纖只起

53、傳光的作用,對(duì)溫度的敏感作用由其它元件來(lái)實(shí)現(xiàn),因此結(jié)構(gòu)較前者復(fù)雜,但可通過(guò)分別選擇性能優(yōu)良的光纖和敏感元件而達(dá)到較高的性能,現(xiàn)在使用和研制的光纖傳感器以傳輸性居多,溫度敏感元件可以是熱電阻、熱敏電阻、熱電偶等。80年代日本松下電器公司生產(chǎn)的光纖溫度計(jì)在-10～40℃間測(cè)溫精度可達(dá)±0.05℃.在高溫領(lǐng)域內(nèi),有熱電阻式(如鉑等)、輻射式等光纖高溫計(jì),如美、日等生產(chǎn)的管纜熱電阻溫度傳感器可測(cè)溫度高達(dá)1000℃,精度0.5級(jí)。中國(guó)科

54、學(xué)院西安光機(jī)所于1989年12月申請(qǐng)專利的“雙波長(zhǎng)光纖溫度傳感器”可用于高溫測(cè)量,相對(duì)誤</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)思想和任務(wù)</p><p>　　本次研究的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)4路溫度循環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)，能同時(shí)檢測(cè)4個(gè)點(diǎn)的溫度溫度。傳感器的輸出電壓范圍為0一400mV，對(duì)應(yīng)的溫度范圍是0℃一80℃;系統(tǒng)具有溫度報(bào)警功能，能手動(dòng)設(shè)定報(bào)警溫度，當(dāng)測(cè)量的溫度超過(guò)某個(gè)設(shè)定值時(shí)，能給出報(bào)警提示;能用

55、數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度值、被測(cè)溫度值和被測(cè)通道號(hào);檢測(cè)精度不低于1%，主要思想是通過(guò)對(duì)各種元器件的應(yīng)用熟悉，更好的學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)，動(dòng)手開發(fā)更好的設(shè)計(jì)電路。</p><p><b>　　2.3 方案比較</b></p><p><b>　　2.3.1 方案一</b></p><p>　　利用AT89C51單片機(jī)來(lái)操作4個(gè)智能溫

56、度傳感器DS18B20，將檢測(cè)的溫度信息，以一定的協(xié)議用數(shù)字的形式讀入單片機(jī)，并對(duì)這些輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的集中加工和處理，最后，以循環(huán)和指定方式在LCD中顯示出來(lái)。此系統(tǒng)還可通過(guò)鍵盤設(shè)定溫度的限定參數(shù)，具有較好的人機(jī)界面功能。</p><p>　　系統(tǒng)硬件電路的功能主要包括：多點(diǎn)溫度測(cè)試，實(shí)時(shí)顯示溫度信息，實(shí)時(shí)掃描鍵盤按鍵。硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：電源電路、矩陣鍵盤電路、LCD顯示電路、溫度測(cè)試電路。其系統(tǒng)結(jié)

57、構(gòu)框圖如圖2.3所示，圖2.4為系統(tǒng)軟件流程程序圖。</p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖2.4 系統(tǒng)軟件程序流程圖</p><p><b>　　2.3.2 方案二</b></p><p>　　鉑電阻傳感器溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要由PtlO0鉑電阻傳感器恒流源驅(qū)動(dòng)電路、儀用放大電路以及A／D轉(zhuǎn)換電路

58、組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.5所示。由恒流源驅(qū)動(dòng)電路為鉑電阻傳感器Ptl00供電，將溫度引起的Ptl00阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓枯敵?，通過(guò)儀用放大電路將檢測(cè)出的微弱電壓變化量進(jìn)行放大后，送人16位A／D轉(zhuǎn)換電路，在微控制器單片機(jī)89C52的控制下，完成對(duì)電壓值的采集和讀取。</p><p>　　圖2.5 鉑電阻傳感器溫度檢測(cè)系統(tǒng)紐成框圖</p><p><b>　　2.3.3 方

59、案三</b></p><p>　　借助EDA技術(shù)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品已成為工程技術(shù)人員的首選方案。仿真軟件以其界面友好、功能強(qiáng)大和易用性受到工程技術(shù)人員的青睞。本設(shè)計(jì)所用畫圖仿真軟件相對(duì)于早期版本，更適合于模擬電子電路、數(shù)字電子電路、模擬數(shù)字混合電路、射頻電路、繼電控制和PLC控制電路的仿真與設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于復(fù)雜電路系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。多通道溫度檢測(cè)系統(tǒng)屬于多路模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在工業(yè)自動(dòng)化控制等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

60、實(shí)現(xiàn)多通道溫度檢測(cè)的方案有多種，本文選用數(shù)字電路構(gòu)成控制器在仿真軟件環(huán)境中組成多通道溫度檢測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真分析。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)應(yīng)包括多路輸入、信號(hào)放大、A／D轉(zhuǎn)換、報(bào)警設(shè)定、數(shù)值比較、控制電路、編碼電路、數(shù)碼顯示電路、超限報(bào)警等部分組成。4通道溫度檢測(cè)系統(tǒng)的原理框圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 四通道溫度檢測(cè)系統(tǒng)的原理方框圖</

61、p><p><b>　　2.4 方案選擇</b></p><p>　　綜合方案對(duì)比，方案一和方案二在設(shè)計(jì)方面價(jià)格都比較方案三貴一些；操作簡(jiǎn)便性方面方案三也更具優(yōu)勢(shì)，方案一二都要涉及到單片機(jī)編程，比較復(fù)雜；誤差的精確性方面方案二比較精確；抗干擾能力方面，都是方案一和三都較方案二更好，故對(duì)比以后還是決定選用方案三作為本次研究的設(shè)計(jì)方案。</p><p>

62、;　　第3章 單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 多路溫度輸入電路</p><p>　　多路輸入封裝見(jiàn)圖3.1，多路輸人電路由計(jì)數(shù)器和模擬多路開關(guān)構(gòu)成，如圖3.2所示。由74LS161N和74LS00D構(gòu)成四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸出QBQA接模擬開關(guān)的地址碼的輸入端A1A0。當(dāng)A1A0分別為00一11時(shí)，模擬多路開關(guān)依次選通CH0一CH3四路輸入信號(hào)中的一路。多路輸入電路的封裝模塊

63、X1，其輸入引腳CH0一CH3接溫度傳感器輸出信號(hào)，即為模擬信號(hào)溫度值。CLOCK外接時(shí)鐘脈沖，其輸出OUT接信號(hào)放大電路的輸入端VIN，QCQBQA為接通道顯示數(shù)碼管。</p><p>　　圖3.1 多路輸入封裝圖</p><p>　　圖3.2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的多路輸入電路</p><p>　　圖3.3為74LS161N型四位同步二進(jìn)制可預(yù)置計(jì)數(shù)器的外引線排列圖及其

64、邏輯符號(hào)，其中是直接清零端，是預(yù)置數(shù)控制端，A3A2A1A0是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計(jì)數(shù)控制端，Q3Q2Q1Q0是計(jì)數(shù)輸出端，RCO是進(jìn)位輸出端。74LS161N型計(jì)數(shù)器的功能表如表3.1所示。</p><p>　　圖3.3 74LS161N型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(a) 外引線排列圖(b) 邏輯符號(hào)圖</p><p>　　由表3.1可知，74LS161N具有以下功能。①異步清零。=0

65、時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出被直接清零，與其他輸入端的狀態(tài)無(wú)關(guān)。② 同步并行預(yù)置數(shù)。在=1條件下，當(dāng)=0且有時(shí)鐘脈沖CP的上升沿作用時(shí)，A3、A2、A1、A0輸入端的數(shù)據(jù)d3、d2、d1、d0將分別被Q3、Q2、Q1、Q0所接收。③ 保持。在==1條件下，當(dāng)ET·EP=0，不管有無(wú)CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變。需要說(shuō)明的是，當(dāng)EP=0，ET=1時(shí)，進(jìn)位輸出RCO也保持不變；而當(dāng)ET=0時(shí)，不管EP狀態(tài)如何，進(jìn)位輸出RCO=0。④

66、 計(jì)數(shù)。當(dāng)==EP=ET=1時(shí)，74LS161N處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。</p><p>　　表3.1 74LS161N型計(jì)數(shù)器的功能表</p><p>　　3.2 信號(hào)放大電路</p><p>　　信號(hào)放大電路封裝如圖3.4，信號(hào)放大電路用來(lái)對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，如圖3.5所示。信號(hào)放大電路選用集成運(yùn)放OP07，集成運(yùn)放OP07為低溫漂高精度放大器。整個(gè)放大電路分兩級(jí)，

67、第一級(jí)由電阻R1和R2等構(gòu)成反相比例放大電路，放大倍數(shù)Au1=-5；第二級(jí)由電阻R4和R5等構(gòu)成反向器，放大倍數(shù)Au2=-1；這樣信號(hào)經(jīng)兩級(jí)放大電路以后，輸出和輸入同相，放大倍數(shù)Au=5。信號(hào)放大電路的封裝模塊X2，其輸入引腳VIN接多路輸入電路的輸出引腳OUT，輸出引腳VOUT接A／D轉(zhuǎn)換電路的輸入Vin，VREF接A／D轉(zhuǎn)換電路的輸入Vref-。放大電路的輸出范圍在A／D轉(zhuǎn)換要求的范圍內(nèi)。</p><p>　

68、　圖3.4 放大電路封裝</p><p>　　圖3.5 信號(hào)放大電路</p><p>　　OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25μV），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這

69、種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。OP07芯片引腳功能說(shuō)明：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳，6為輸出，7接電源+。OP07管腳圖如圖3.6.</p><p>　　圖3.6 OP07管腳圖</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　所用仿真軟件

70、環(huán)境中，A/D轉(zhuǎn)換器件為虛擬器件，其引腳排列如圖3.7所示。Vin為模擬電壓輸入端子，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字量輸出D7—D0;Vref+為參考電壓“+”輸入端子(直流參考電源的電壓)，Vref－為參考電壓“－”端(通常接地)。Vref+的大小按量化精度而定，若Vref取5V，由于是8位量化，與輸入信號(hào)UI對(duì)應(yīng)的量化離散電平為:UI×256/Ufs，Ufs=Vref+－Vref－。SOC是啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，它由低電平變?yōu)楦?/p>

71、電平時(shí)，轉(zhuǎn)換開始，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us，轉(zhuǎn)換期間EOC為低電平。EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，高電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束;OE為輸出允許端子，可與EOC接在一起。ADC轉(zhuǎn)換電路的關(guān)鍵是輸入信號(hào)的負(fù)極性要同參考電壓Vref-連在一起。</p><p>　　圖3.7 ADC的引腳排列圖</p><p>　　3.4 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　報(bào)警設(shè)定電路由計(jì)數(shù)器和數(shù)值比較器構(gòu)成，

72、能實(shí)現(xiàn)被測(cè)溫度的超限報(bào)警，如圖3.8所示。兩片74LS160N組成2位計(jì)數(shù)器，設(shè)定報(bào)警值時(shí)，通過(guò)開關(guān)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生需要的報(bào)警值。兩片74LS85N級(jí)聯(lián)組成8位二進(jìn)制數(shù)值比較器，數(shù)值比較器將A/D轉(zhuǎn)換的溫度數(shù)字量和設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警輸出。報(bào)警設(shè)定電路的封裝模塊X3，其輸入引腳B7—B0接A/D轉(zhuǎn)換輸出，IN接脈沖設(shè)定開關(guān)J2，SETH、SETL接選擇開關(guān)J1，其輸出A7—A0接

73、設(shè)定溫度數(shù)碼管，Y0接報(bào)警信號(hào)燈X1。</p><p>　　圖3.8 報(bào)警電路圖</p><p>　　圖3.9 芯片74LS160管腳圖</p><p>　　芯片74LS160其各引腳的功能說(shuō)明如下：</p><p>　　CLK：脈沖信號(hào)輸入端，主要獲取外界的脈沖信號(hào)。</p><p>　　LOAD：預(yù)置數(shù)控制端，主要

74、控制計(jì)數(shù)器工作在異步或者同步。</p><p>　　EP,ET：工作狀態(tài)控制端，主要控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)狀態(tài)。</p><p>　　RCO：進(jìn)位輸出端，當(dāng)幾個(gè)74LS160芯片串并有進(jìn)位時(shí)該端口產(chǎn)生進(jìn)位。</p><p>　　CLR：清零端，使計(jì)數(shù)器清零。</p><p>　　A,B,C,D為數(shù)據(jù)輸入端，QA,QB,QC,QD為計(jì)數(shù)狀態(tài)。</

75、p><p>　　其功能表如表3.2 </p><p>　　表3.2 74LS160N功能表</p><p>　　3.5 溫度比較電路</p><p>　　比較器電路是由兩級(jí)放大器組成的（如圖3.10所示），第一級(jí)采用差動(dòng)放大器，第二級(jí)采用反相放大器。當(dāng)輸入信號(hào)電壓vi大于門限電壓vd時(shí)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大器形成正電壓信號(hào)，由于二極管的正向?qū)ㄌ匦?，輸?/p>

76、信號(hào)電壓為vo。</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)電壓vi低于門限電壓vd時(shí)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大器形成負(fù)電壓信號(hào)，由于二極管的反向截止特性，信號(hào)不通過(guò)，輸出信號(hào)電壓vo為低電平。采用Multisim進(jìn)行比較器電路設(shè)計(jì)，測(cè)試電路的工作特性。</p><p>　　圖3.10 比較器電路圖</p><p>　　3.6 數(shù)碼管譯碼電路</p><p>　　譯

77、碼器CD4511的引腳圖如圖3.11，譯碼電路如圖3.12。</p><p>　　圖3.11 譯碼器CD4511</p><p>　　其引腳功能說(shuō)明如下：</p><p>　　BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0時(shí)，數(shù)碼管不顯示任何東西。</p><p>　　EL：5腳是鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出，LE=1時(shí)譯碼器處于鎖定保持狀

78、態(tài)。</p><p>　　LT：3腳是測(cè)試信號(hào)的輸入端，當(dāng)BI=1時(shí)，LT=0時(shí)，數(shù)碼管將全部顯示，這主要用于測(cè)試7段數(shù)碼管有沒(méi)有物理?yè)p壞。</p><p>　　DA,DB,DC,DD為8421BCD碼輸入端，高位到低位依次為DD~DA。</p><p>　　A，B，C，D，E，F(xiàn)，G為譯碼輸出端，輸出高電平有效。</p><p>　　圖3.

79、12 譯碼電路</p><p><b>　　3.7 總電路圖</b></p><p>　　模擬溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)CH0-CH3進(jìn)入溫度輸入電路，然后經(jīng)過(guò)5倍放大電路，接下來(lái)信號(hào)往兩個(gè)方向去，一是經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入到數(shù)碼管譯碼電路，顯示出溫度值和該溫度所在通道。二是進(jìn)入比較電路，跟手動(dòng)設(shè)定的報(bào)警溫度信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生高低電平，超過(guò)設(shè)定溫度就會(huì)指示燈亮，報(bào)警?？傠娐?/p>

80、如圖3.13。</p><p>　　圖3.13 總電路結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　總結(jié)與心得</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)花費(fèi)了近三個(gè)月的時(shí)間，專心的投入，我感覺(jué)收獲很多，學(xué)會(huì)了獨(dú)立的思考問(wèn)題，更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厮伎挤治鰡?wèn)題。從最初的定題，到開題報(bào)告的書寫，再到查找資料，最后論文成形，都是一步一個(gè)腳印。</p><

81、p>　　本設(shè)計(jì)的題目是：多路溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)可以多點(diǎn)測(cè)溫的電路，測(cè)到溫度后經(jīng)過(guò)5倍放大電路，再A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)輸出，顯示溫度值，該設(shè)計(jì)包括一個(gè)溫度比較電路和一個(gè)報(bào)警電路，可手動(dòng)設(shè)置報(bào)警溫度，當(dāng)測(cè)量溫度大于設(shè)置溫度時(shí)即報(bào)警電路工作，發(fā)出警報(bào)。</p><p>　　題目確定好了以后，我當(dāng)時(shí)便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時(shí)面對(duì)浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了導(dǎo)師，在

82、導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對(duì)自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。于是我做了充足準(zhǔn)備，查找了很多資料，在搜集資料的過(guò)程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個(gè)筆記本。我在學(xué)校圖書館，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，及時(shí)拿給導(dǎo)師進(jìn)行溝通。</p><p>　　資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過(guò)程中遇到困難我就

83、及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，論文也慢慢成型。為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了仿真軟件中的繪圖技術(shù)，這樣更多的電路圖是我的文章更加充實(shí)和有說(shuō)服力。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)查閱大量相關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，獲益匪淺。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹

84、立了對(duì)自己工作能力的信心，同時(shí)也是對(duì)自己的進(jìn)一步肯定。相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1] 薛文達(dá).傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社.1998</p><p>　　[2] 史軍，等．

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