溫度檢測(cè)顯示器設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)-《模擬電子電路》課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位： </p><p>　　題

2、 目: 溫度檢測(cè)顯示器設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn) </p><p><b>　　初始條件： </b></p><p>　　可選元件：集成運(yùn)算放大器、電阻、電位器、電容若干，三極管等，或自選元器件。</p><p>　　可用儀器：示波器，萬用表，函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　要求

3、完成的主要任務(wù): </p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　根據(jù)初始條件，完成溫度檢測(cè)顯示器電路的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試，并自制直流穩(wěn)壓電源。</p><p><b>　　（2）設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?、?檢測(cè)區(qū)間為四段：A. 溫度0~20ºC

4、，B. 溫度20~30ºC,C.溫度30~40ºC， D. 溫度>40ºC，采用LED四段顯示；測(cè)量誤差：±2 ºC；標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)點(diǎn)為：0ºC，19ºC，29ºC，39ºC。</p><p>　?、?選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　?、?利用Proteus或Multisi

5、m仿真設(shè)計(jì)電路原理圖，確定電路元件參數(shù)、掌握電路工作原理并仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。</p><p>　?、?安裝調(diào)試并按規(guī)范要求格式完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。</p><p>　?、?選做：利用仿真軟件的PCB設(shè)計(jì)功能進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　1、 前半周，完成仿真設(shè)計(jì)調(diào)試

6、；并制作實(shí)物。 </p><p>　　2、 后半周，硬件調(diào)試，撰寫、提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行驗(yàn)收和答辯。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</

7、p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　溫度檢測(cè)在我們生活中是到處都要用到的，各種自動(dòng)溫控裝置都包含著溫度檢測(cè)這一 知識(shí)，而且，溫度檢測(cè)控制也是很重要的，例如熱水器水溫自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)，等等一些生活中的小事都離不開溫度的檢測(cè)。因此，檢測(cè)溫度將是一項(xiàng)很重要的工作。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，用到電子產(chǎn)品的地方簡(jiǎn)直多不勝數(shù)，每一件電子產(chǎn)品都涉及了很多的模擬電路知識(shí)，因

8、此模擬電路知識(shí)也是很重要的。本次的課程設(shè)計(jì)便要通過所學(xué)的模擬電路知識(shí)運(yùn)用運(yùn)算放大器和熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的溫度檢測(cè)，并利用發(fā)光二級(jí)管來顯示不同區(qū)段的溫度，制成一簡(jiǎn)易的溫度檢測(cè)顯示裝置。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度；檢測(cè)；模擬電路</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperature detecti

9、on in our life is everywhere to use of, all kinds of automatic temperature control device includes the knowledge of temperature detection, and temperature detection and control is very important of, little things such as

10、 the water heater temperature automatic detection control system, and so on some of life is inseparable from the temperature detection. Therefore, the detection of temperature will be a very important work. In our daily

11、life, the use of electronic products is a</p><p>　　Key words：Temperature; detection; analog circuit</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p>&

12、lt;p>　　2.設(shè)計(jì)思路分析2</p><p>　　3.電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3</p><p>　　3.2電阻的設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.2.1 NTC熱敏電阻特性3</p><p>　　3.2.2 惠斯通電橋電路4</p><p>　　

13、3.2.3 各電阻阻值的確定5</p><p>　　3.2.4 限流電阻的選定5</p><p>　　3.3電容的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.4電源的設(shè)計(jì)6</p><p>　　4.電路的仿真與調(diào)試8</p><p>　　4.1電路原理及仿真圖8</p><p>　　4.2電路焊

14、接完成實(shí)物圖10</p><p>　　4.3電路實(shí)物調(diào)試11</p><p>　　5.設(shè)計(jì)成果評(píng)價(jià)14</p><p>　　6.有關(guān)設(shè)計(jì)感想15</p><p><b>　　附錄一17</b></p><p><b>　　附錄二18</b></p>

15、<p><b>　　1.引言</b></p><p>　　隨著當(dāng)今社會(huì)科技不斷發(fā)展，人類的生產(chǎn)生活已經(jīng)離不開電，電子產(chǎn)品隨處可見，大到航空航天，小到一個(gè)小小的發(fā)光二極管，都凝聚著無數(shù)前人的智慧。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)可以檢查溫度區(qū)間的簡(jiǎn)單電路，我們便想到了用電壓比較器比較電壓信號(hào)輸出來使發(fā)光二極管發(fā)光，從而來區(qū)分不同溫度等級(jí)。大體的設(shè)計(jì)思路

16、就是這樣。這個(gè)電路比較簡(jiǎn)單。運(yùn)用惠斯通電橋原理，首先是幾組電阻跟溫敏電阻通過分壓實(shí)現(xiàn)電位比較，把比較的兩種電位輸給運(yùn)算放大器的兩輸入端子，再通過放大器放大信號(hào)輸送給發(fā)光二級(jí)管。放大器我們選擇了LM324運(yùn)算放大器，因?yàn)樵撔吞?hào)市場(chǎng)上比較常見，而且輸出穩(wěn)定，選用它是比較合適的。在最后進(jìn)行實(shí)物焊接之前用Multisim軟件進(jìn)行仿真。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)思路分析</b></p

17、><p>　　這次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)可以檢查溫度區(qū)間的簡(jiǎn)單電路，我們便想到了用電壓比較器比較電壓信號(hào)輸出來使發(fā)光二極管發(fā)光，從而來區(qū)分不同溫度等級(jí)。</p><p>　　大體的設(shè)計(jì)思路就是這樣。運(yùn)用惠斯通電橋原理，首先是幾組電阻跟溫敏電阻通過分壓實(shí)現(xiàn)電位比較，根據(jù)公式，將0ºC，19ºC，29ºC，39ºC下溫敏電阻的阻值計(jì)算出來，計(jì)算出比例系數(shù)，進(jìn)而

18、反推出四組電阻的具體的值，將這四組阻值的電壓和溫敏電路那條之路的電壓分別輸給運(yùn)算放大器的兩輸入端，通過比較，若溫度達(dá)標(biāo)則運(yùn)放輸出高電平（LED燈亮），反之則輸出低電平（LED燈滅）。</p><p>　　由分析可知若想完成要求，至少需要四個(gè)運(yùn)算放大器，所以經(jīng)過討論，我們決定采用LM324，因?yàn)樵撔酒容^常見，恰好有四組放大器且工作狀態(tài)穩(wěn)定。</p><p><b>　　3.電路結(jié)

19、構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　根據(jù)題目要求，本電路主要由溫度---電壓轉(zhuǎn)換部分、監(jiān)測(cè)點(diǎn)可調(diào)基準(zhǔn)電位部分、電壓比較部分及LED四段顯示部分組成，如圖1所示。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>

20、<b>　　3.2電阻的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 NTC熱敏電阻特性</p><p>　　（1）Rt是熱敏電阻在T1溫度下的阻值；</p><p>　?。?）R是熱敏電阻在T2常溫下的標(biāo)稱阻值；</p><p>　?。?）B值是熱敏電阻的重要參數(shù)；</p><p>　?。?）這

21、里T1和T2指的是K度即開爾文溫度，K度=273.15(絕對(duì)溫度)+攝氏度； </p><p>　　比如 NTC熱敏電阻 10K （型號(hào)：MF52AT） 5％精度 B值：3950 1％ 10Ｋ就是25度的溫度。</p><p>　　3.2.2 惠斯通電橋電路</p><p><b>　　圖3</b></p><p&g

22、t;　　四個(gè)電阻R0、R1、R2、RT連成四邊形，稱為電橋的四個(gè)臂。四邊形的一個(gè)對(duì)角線連有檢流計(jì)，稱為“橋”；四邊形的另一對(duì)角線接上電源，稱為電橋的“電源對(duì)角線”。 </p><p>　　電源接通時(shí)，電橋線路中各支路均有電流通過。當(dāng)C、D兩點(diǎn)之間的電位不相等時(shí)，橋路中的電流，檢流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)C、D兩點(diǎn)之間的電位相等時(shí)，橋路中的電流，檢流計(jì)指針指零（檢流計(jì)的零點(diǎn)在刻度盤的中間），這時(shí)我們稱電橋處于平衡狀態(tài)

23、,如圖3。因此電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)有：</p><p>　　此式說明，電橋平衡時(shí)，電橋相對(duì)臂電阻的乘積相等。這就是電橋的平衡條件。所以</p><p>　　同理可得這四組電橋平衡的條件為（如圖4）</p><p>　?。≧T1,RT2,RT3,RT4分別為溫敏電阻在溫度T1,T2,T3,T4下的阻值）。</p><p>　　3.2.3 各電阻阻

24、值的確定</p><p>　　題目中要求的監(jiān)測(cè)溫度區(qū)間為0℃、19℃、29℃、39℃，查表可得其對(duì)應(yīng)的熱敏電阻阻值為33.62KW、13.13KW、8.39KW、5.52KW，對(duì)應(yīng)電阻比值依次為：1.39、3.58、5.60、8.51。如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 分壓電阻比值</p><p>　　由上表可計(jì)算出個(gè)電阻阻值如表3.2所示</p

25、><p>　　表3.2 各電阻阻值對(duì)應(yīng)表</p><p>　　分壓電阻1的電阻比較常見，但是由于分壓電阻2是后面計(jì)算出來的，沒有辦法找到剛好與之相對(duì)應(yīng)的阻值的電阻，所以我們就將R后拆分成1KW串聯(lián)上一個(gè)電位器。這樣做有一個(gè)好處，就是不僅解決了電阻找不到的問題，還方便了后面電路的調(diào)試等。</p><p>　　3.2.4 限流電阻的選定</p><p&g

26、t;　　由于電源電壓VCC為5V，發(fā)光二極管的功率為：</p><p>　　其中R’為限流電阻，VL為發(fā)光二極管正向偏壓，此時(shí)流過發(fā)光二極管的電流為：</p><p>　　IL一般為2~10mA, VL在1.53~2.03V內(nèi)，同時(shí)考慮到LED燈的明暗程度，代入后取R’近似值1KW。</p><p><b>　　3.3電容的設(shè)計(jì)</b><

27、/p><p>　　查閱資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在臨界溫度變化緩慢時(shí)，運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端電壓近似相等，此時(shí)從熱敏電阻探頭串入的噪聲會(huì)引起運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩。為抑制電路中的噪聲，我們?cè)谶\(yùn)放的反向輸入端（即熱敏電阻電壓輸出端）并聯(lián)一10uF的電容。并聯(lián)電容后測(cè)試，發(fā)現(xiàn)自激振蕩明顯減弱，故采用電容濾波的方案。</p><p><b>　　3.4電源的設(shè)計(jì)</b></p>

28、<p>　　綜合考慮LM324和整個(gè)電路的的特性，我們決定設(shè)計(jì)一個(gè)5V的電壓源。同時(shí)結(jié)合上次模電實(shí)驗(yàn)所做的直流可調(diào)穩(wěn)壓源，所以我們采用以下設(shè)計(jì)：</p><p>　　變壓部分：采用15:1變壓器。</p><p>　　整流部分：采用一個(gè)整流橋進(jìn)行全波整流。</p><p>　　濾波部分：采用10uf電容穩(wěn)定電壓，減小脈動(dòng)。</p><p

29、>　　穩(wěn)壓部分：前級(jí)采用LM1085-ADJ電壓可調(diào)，后級(jí)采用一個(gè)LM1085-5V進(jìn)行5V穩(wěn)定輸出。</p><p>　　如下圖為電源設(shè)計(jì)的仿真圖，PCB圖和實(shí)物圖。</p><p>　　4.電路的仿真與調(diào)試</p><p>　　4.1電路原理及仿真圖</p><p>　　由于熱敏電阻在Multisum的元件庫里沒有找到，于是我們就用

30、一個(gè)普通的電阻替換上去，通過改變這個(gè)電阻的阻值進(jìn)而模擬出熱敏電阻在溫度不同時(shí)阻值的變化，測(cè)試電路的性能。</p><p>　　圖9 完整電路仿真圖</p><p>　　以上圖8~11是各個(gè)溫度區(qū)間的仿真圖，采用的是模擬溫敏電阻在測(cè)試點(diǎn)0℃，19℃，29℃，39℃左右時(shí)電阻的變化，同時(shí)觀察四個(gè)LED燈的亮滅情況，并以此判斷理論上計(jì)算得出的阻值能否是電路正常工作。由以上四張圖可知，電路的仿真性

31、能表現(xiàn)良好，各個(gè)區(qū)間溫度段顯示的小燈數(shù)正確?？梢灾譁?zhǔn)備實(shí)物的焊接工作。</p><p>　　4.2電路焊接完成實(shí)物圖</p><p><b>　　1，正面布局圖</b></p><p><b>　　2，背面焊接圖</b></p><p><b>　　4.3電路實(shí)物調(diào)試</b>

32、</p><p>　　由于室外溫度沒法達(dá)到零度以下，所以我們只測(cè)試了0℃以上的溫度感應(yīng)，其中，我們使用DS18B20溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度并將溫度顯示在1602上。如圖14所示，當(dāng)溫度在19℃以下時(shí)，只亮了一個(gè)燈（圓圈處）。當(dāng)我們同時(shí)用手握住溫敏電阻和DS18B20，當(dāng)溫度上升到19℃以上，板子上第二個(gè)燈也亮了，如圖12（圓圈處）。</p><p>　　當(dāng)我們用手緊緊握住熱敏電阻時(shí)，由于人

33、體正常的體溫為37℃，而手上的溫度可以達(dá)到29℃ 以上，所以如圖16所示，有三個(gè)LED燈亮了。至于39℃以上，我們用一個(gè)瓶子裝上剛從樓下打上來的開水，讓DS18B20和溫敏電阻同時(shí)接觸水瓶的外表面，如圖17，39℃以下三個(gè)燈亮，39℃以上燈全部燈都亮了。</p><p><b>　　5.設(shè)計(jì)成果評(píng)價(jià)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)我們小組的課題是“溫度檢測(cè)顯

34、示器設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)”我們采用的是基于LM324對(duì)四個(gè)區(qū)間段分別進(jìn)行電壓信號(hào)比較輸出。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　1.電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　2.能夠較為準(zhǔn)確的檢測(cè)溫度區(qū)間。</p><p>　　3.信息直觀的顯示出來。</p><p>　　4.

35、電路的元件常見。</p><p>　　5.成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p><b>　　精度不夠。</b></p><p>　　無法顯示準(zhǔn)確的溫度。</p><p><b>　　改進(jìn)方案：</b></

36、p><p>　　方案一：對(duì)電路進(jìn)行改造升級(jí)，盡可能的減小熱敏電阻自身的誤差對(duì)這個(gè)電路帶來的影響。有條件的情況下，盡可能的提升元件的精度。</p><p>　　方案二：對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將溫敏電阻換成DS18B20溫度傳感器，并將信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)處理后即可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確監(jiān)控。</p><p><b>　　6.有關(guān)設(shè)計(jì)感想</b><

37、/p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)書本上的知識(shí)有了更加深刻的了解，從開始的丈二摸不著頭腦到后來思路的逐漸形成，期間我們小組經(jīng)過了許多次激烈的討論，不斷上網(wǎng)搜尋各種相關(guān)的資料和請(qǐng)教別的同學(xué)，最終定下這個(gè)方案。</p><p>　　經(jīng)過這些天，小組成員們的一起努力，最終完成這個(gè)課程設(shè)計(jì)，總的來說，學(xué)到了許多書本上沒有的知識(shí)，更重要的學(xué)到了處理問題的方式方法。面對(duì)擺在眼前的問題，學(xué)會(huì)去收集資

38、料，并對(duì)它們進(jìn)行歸納整理，一步一步的去克服?？梢哉f這對(duì)我們將來出去工作有著重要的影響。</p><p>　　同時(shí)，這次設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我們獨(dú)立思考的能力。一個(gè)好的設(shè)計(jì)需要通過我們不斷的思維，不斷的改善。經(jīng)過設(shè)計(jì)之后，我們不像以前那樣，遇到問題都不愿意獨(dú)立思考，只會(huì)一味的向別人求助?，F(xiàn)在，我們會(huì)通過自己的思考，解決我們自己遇到的問題和困難。還有，我們學(xué)會(huì)不能手高眼低，要踏踏實(shí)實(shí)，從基礎(chǔ)學(xué)起、做起。</p>

39、<p>　　于是通過學(xué)習(xí)電路知識(shí)做出了滿足要求并且可以顯示溫度的實(shí)物，當(dāng)這個(gè)設(shè)計(jì)并用到我們所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識(shí)。并對(duì)我們學(xué)習(xí)的知識(shí)有復(fù)習(xí)并且實(shí)踐的作用，所以我們重新設(shè)計(jì)電路，運(yùn)用模擬電子技術(shù)完成了此次設(shè)計(jì)。雖然花了大量的時(shí)間在此次課程設(shè)計(jì)上，但我相信，付出和收獲總是成正比的，只要敢于去嘗試，前方就是希望。</p><p>　　在這不長(zhǎng)的時(shí)間里我感覺自己學(xué)到了許多課本之外的知識(shí)，讓我學(xué)會(huì)了什么是團(tuán)

40、隊(duì)合作，體會(huì)了團(tuán)隊(duì)精神，讓我懂得了怎么表達(dá)自己并且去和別人溝通，同時(shí)也將書本上的理論和實(shí)際相結(jié)合，提高了動(dòng)手能力，增強(qiáng)了對(duì)知識(shí)的理解。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳友宇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：北京清華大學(xué)出版社,2000.</p><p>　　[2] 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程 [

41、M].北京：北京高等教育出版社,2004.</p><p>　　[3] 馬場(chǎng)清太郎.電源電路設(shè)計(jì)技巧 [M].北京：科學(xué)出版社,2013.</p><p>　　[4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：北京高等教育出版社,2002. </p><p>　　[5] 許曉平,程傳勝. PCB設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教程 [M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2001.</p>

42、<p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　附錄二</b></p><p><b>　　元件清單:</b></p><p>　　本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： </p>