溫度測量與控制電路課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　【課題名稱】溫度測量與控制電路</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　溫度測量與控制電路是在實(shí)際應(yīng)用中相當(dāng)廣泛的測量電路。本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用基本的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的知識，同時(shí)綜合溫度傳感器的相關(guān)應(yīng)用，從基本的單元電路出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了溫度測量與控制電路的設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)中的主要思想：一、達(dá)到設(shè)計(jì)要求；二、盡量應(yīng)用所學(xué)知

2、識；三、設(shè)計(jì)力求系統(tǒng)簡單可靠，有實(shí)際價(jià)值。{陳濤的部分}AD轉(zhuǎn)換部分使用集成芯片AD574A；二進(jìn)制到8421BCD碼的轉(zhuǎn)換用EEPROM 281024實(shí)現(xiàn)；顯示譯碼部分用74LS48和數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)；溫度控制范圍設(shè)定采用數(shù)字設(shè)定方式，用74LS160十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器和鎖存器74LS175實(shí)現(xiàn)；溫度的判斷比較數(shù)值比較器74LS85的級聯(lián)實(shí)現(xiàn)；通過使用74LS160和ADG508F實(shí)現(xiàn)了多路溫度循環(huán)監(jiān)測功能。{聲光報(bào)警部分}溫度控制執(zhí)行部分采用

3、555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，提高了加熱系統(tǒng)與降溫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】：溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換 控制溫度 聲光報(bào)警 二進(jìn)制轉(zhuǎn)BCD 譯碼顯示</p><p><b>　　【設(shè)計(jì)要求】</b></p><p>　　1. 測量溫度范圍為200C～1650C，精度0.50C；</p><p&g

4、t;　　2. 被測量溫度與控制溫度均可數(shù)字顯示；</p><p>　　3. 控制溫度連續(xù)可調(diào)；</p><p>　　4. 溫度超過設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生聲光報(bào)警</p><p><b>　　【正文】</b></p><p>　　一、系統(tǒng)概述和總體方案論證與選擇</p><p><b>　　方案A

5、.</b></p><p>　　如圖1-1所示，溫度傳感器部分將溫度線性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)過濾波放大，一路輸入A/D轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過譯碼進(jìn)行數(shù)字顯示，另一路與滑變分壓經(jīng)過電壓比較器進(jìn)行比較輸出高低電平指示信號，溫度控制執(zhí)行模塊和聲光報(bào)警部分。</p><p>　　圖1-1 總體方案A</p><p><b>　　方案B.</b>&l

6、t;/p><p>　　如圖1-2所示，溫度傳感和A/D轉(zhuǎn)換，譯碼顯示，溫控執(zhí)行和報(bào)警均與方案A相同，不同處在于控制溫度設(shè)定方式和溫度超限判斷方式。方案A的超限判斷模塊和控制溫度設(shè)定主要使用模擬信號，該方案易受外界干擾如使用環(huán)境溫度等因素，另外由滑變設(shè)定溫度不易調(diào)節(jié)精確，實(shí)際中，若采用電池供電，電源電壓的變化會影響其溫控范圍的準(zhǔn)確性。方案B主要采用數(shù)字芯片邏輯控制實(shí)現(xiàn)，其工作的穩(wěn)定性準(zhǔn)確性和功能擴(kuò)展性較強(qiáng)。</p

7、><p>　　圖1-2 總體方案B</p><p><b>　　二、單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬囟葌鞲心K</b></p><p>　　關(guān)于溫度傳感方法的選擇</p><p>　　常用的具有傳感功能的電路，有利用鉑電阻，利用二極管，利用三級管，利用鉑

8、電阻，或直接利用現(xiàn)有的具有溫度傳感功能的芯片。</p><p><b>　　1利用鉑電阻測溫度</b></p><p>　　原理： 鉑電阻的組織隨溫度的變化而變化，通過電阻兩端電壓的變化來反映溫度的變化。</p><p>　　把電阻兩端電壓變化的信號經(jīng)過處理后，就可以和預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，并顯示。其電路如圖1-1所示</p><

9、;p>　　圖1-1 鉑電阻測溫電路的傳感部分（其中R1為鉑電阻）</p><p>　　排除理由：熱電阻在一定的范圍內(nèi)，有良好的線性關(guān)系，但是這個范圍很窄，達(dá)不到課題要求的范圍。而如果進(jìn)行電阻線性化，則電路更加復(fù)雜，而且由于測溫需要相對精確，為避免過多電路造成噪聲等不利影響，將這個方案排除。</p><p>　　2 利用二極管測溫度</p><p>　　原理：和

10、鉑電阻相似，但是利用的是二極管電壓隨溫度變化而變化。使用中可以利用橋路將其連接（如圖1-2所示），并用放大器放大后輸出。這樣的測溫電路簡易且實(shí)用。</p><p>　　排除理由：靈敏度不高，變化范圍太窄，線性化不是很好。</p><p>　　3 利用三極管測溫度</p><p>　　原理：利用了硅晶體管的基極和發(fā)射極之間的負(fù)溫度系數(shù)，如圖1-3所示。</p&g

11、t;<p>　　圖1-3三級管測溫度電路圖</p><p>　　排除理由：靈敏度不高，可以用作判斷報(bào)警，但不宜用于測量溫度。</p><p>　　4現(xiàn)有的溫度傳感芯片</p><p>　　原理：現(xiàn)有的芯片如LM335，AD590，LTC1052等。</p><p>　　排除理由：其工作電壓范圍最大為125℃，超過后雖然也有一定的

12、線性關(guān)系，但若用于精度較高的測量溫度電路就不太可行了。</p><p><b>　　5熱電偶測溫法</b></p><p>　　原理：如果兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路，直接測溫端叫做測量端，接線端子叫做參比端，當(dāng)兩端存在溫差時(shí)，就會在回路中產(chǎn)生電流，即塞貝克效應(yīng)。熱電勢的大小只與熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫度有關(guān)。與熱電偶導(dǎo)體的長度和直徑無關(guān)。</p>&

13、lt;p>　　熱電偶測溫電路是以熱點(diǎn)偶為基礎(chǔ)進(jìn)行測溫。</p><p>　　采用理由：熱偶在很大范圍內(nèi)線性非常明顯，且測溫范圍廣，響應(yīng)速度快，抗干擾性強(qiáng)，所以最終選擇了用熱電偶組成傳感電路。</p><p>　?。ǘ﹤鞲须娐返恼w思路說明</p><p>　　圖2 傳感電路（改進(jìn)前）</p><p>　　設(shè)計(jì)思路框架圖如下：<

14、/p><p>　　思路說明：K型熱電偶作為主要的測溫元件，其溫度與電壓的關(guān)系已知且穩(wěn)定，線性化很好。由于點(diǎn)偶的特殊性，要對其進(jìn)行冷接點(diǎn)補(bǔ)償（詳細(xì)內(nèi)容在第四部分說明）。由于補(bǔ)償選擇的方案會產(chǎn)生很小的一部分噪聲，所以要濾波（詳細(xì)內(nèi)容在第五部分）。由放大，加入另一電壓信號，比例減法這三個部分構(gòu)成了運(yùn)算電路，這個電路不是單純的放大，而是根據(jù)K型熱敏的溫度與電壓的關(guān)系所設(shè)計(jì)的電路，這樣就是把溫度一比一地用電壓表示出來（詳細(xì)內(nèi)容

15、在第三部分）。最后沒有輸出1 mV/℃的信號而是輸出一個23.84mV/℃的信號，是為了接下來的電路控制和顯示電路的需要。</p><p>　?。ㄈ╇娐愤\(yùn)算的說明</p><p>　　注意：這里的運(yùn)算電路與熱電偶本身溫度與電壓的關(guān)系函數(shù)互為反函數(shù)</p><p>　　思路說明：對于熱點(diǎn)偶，其電壓與溫度滿足U=0.226T-0.707其中電壓對應(yīng)為第一級放大<

16、/p><p>　　的輸入電壓，也就是進(jìn)行過溫度補(bǔ)償之后的電壓，單位為毫伏，T為熱力學(xué)溫度。由于課題要求得到攝氏溫度，所以進(jìn)行換算得U=0.226(t+273.5)-0.707.從溫度經(jīng)過熱電偶轉(zhuǎn)化成電壓，就是利用了這個公式。然后求這個函數(shù)的反函數(shù)，得到t=(100U-6100.4)/22.6.這個函數(shù)就是運(yùn)算電路所實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。這樣一來，測得的溫度值比如是x,經(jīng)過熱偶的電壓與溫度的關(guān)系式后，得到一個電壓，設(shè)為y,滿足y

17、=f(x).再經(jīng)過后面的運(yùn)算電路，又出現(xiàn)新的電壓，此時(shí)運(yùn)算后的電壓（設(shè)為z）與運(yùn)算前的電壓滿足關(guān)系式z=g(y),f與g分別對應(yīng)U=0.226(t+273.5)-0.707和t=(100U-6100.4)/22.6，他們互為反函數(shù)，故x=z.這樣就實(shí)現(xiàn)了把溫度的單位變成毫伏的轉(zhuǎn)化，且每毫伏對應(yīng)一度。如果把輸出的電壓直接接在毫伏表上，上面顯示的讀數(shù)，就是溫度，不用再做任何的換算。但是由于后面電路對顯示和判斷的需要，進(jìn)行了一次放大，放大到每

18、攝氏度對應(yīng)24.32mV（這個數(shù)值是負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)的同學(xué)提供的）。</p><p>　　根據(jù)得到的公式t=(100U-6100.4)/22.6，可以看出，需要進(jìn)行放大，減法，除法的運(yùn)算。由此公式算出的數(shù)據(jù)單位為，1mV/℃,為了使最后輸出為23.84mV/℃，則還需一次放大。這樣，運(yùn)算電路的構(gòu)成如下：首先用一個同相比例電路，實(shí)現(xiàn)100倍的放大，再由滑動變阻器提供6100.4mV的電壓，最后減法運(yùn)算，除法運(yùn)算和乘法運(yùn)

19、算，用一個比例減法運(yùn)算器一次完成。同相比例運(yùn)算滿足：A=1+R4/R3,這里取R4=99千歐姆，R3=1千歐姆。提供電壓用的是200歐姆大小的滑動變阻器接在9V的電壓上。然后兩者進(jìn)行比例減法運(yùn)算。對于比例減法運(yùn)算電路，當(dāng)R1=R2，R5=R6時(shí)，放大倍數(shù)為R6/R1（U2-U1），U1為變阻器上取得的電壓，U2為一級放大傳來的電壓。由公式可知，當(dāng)比例減法的比值為1:22.6時(shí)，得到1mV/℃的輸出，而為了得到23.84mV/℃的輸出，則

20、把比值調(diào)整為23.84:22.6.最終選擇R1=R2=226歐，R5=R6=238.4歐。</p><p>　　總之，整個運(yùn)算電路，把溫度通過一個函數(shù)（熱點(diǎn)偶的電壓與溫度關(guān)系函數(shù)）轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，再通過這個函數(shù)的反函數(shù)（運(yùn)算電路）把電壓變成溫度對應(yīng)的變壓，可以說是通過整個電路，給溫度換了單位，把攝氏度換為毫伏，且1毫伏對應(yīng)1攝氏度。最后為了顯示和控制的需要，進(jìn)行了一次放大。</p><p>

21、;　　（四）冷接點(diǎn)溫度補(bǔ)償方法的選擇</p><p>　　1冷接點(diǎn)補(bǔ)償?shù)脑颍簾犭娕际莾煞N不同材料組成在一起形成的。如果熱電偶的兩端</p><p>　　放在不同的溫度區(qū)域中，會產(chǎn)生一定的電勢。熱偶輸出的是兩 </p><p>　　個端口溫度差的函數(shù)。通常溫度到的一端成為熱端（或工作端），溫度低的那端稱為冷端（或自由端），則輸出電壓為U=f(T2-T1)</p

22、><p>　　若冷端為0，則輸出電壓為測試溫度（熱端）的單值函數(shù)。但實(shí)際中，冷端的溫度不為零，則要進(jìn)行補(bǔ)償，是其在相應(yīng)的溫度下的電壓為零度時(shí)的電壓。如果精度要求不高時(shí)，可以近似忽略，但是精度要求高時(shí)，必須進(jìn)行冷接點(diǎn)補(bǔ)償。</p><p>　　2冷接點(diǎn)補(bǔ)償?shù)目傮w思路：查資料得知，K點(diǎn)偶所需的補(bǔ)償電壓為41.269μV/℃,可使其兩端電壓變?yōu)?℃時(shí)兩端的電壓大小，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?lt;/p&g

23、t;<p>　　3冷接點(diǎn)補(bǔ)償?shù)木唧w方法的選擇：常見的補(bǔ)償方法有：冷端恒溫法，補(bǔ)償導(dǎo)線法，數(shù)字補(bǔ)償，查表法，不平衡電橋法，計(jì)算法，傳感器溫度補(bǔ)償法。</p><p><b>　?。?）冷端恒溫法</b></p><p>　　原理：把冷端泡在冰水混合物中，使其溫度穩(wěn)定在0℃.</p><p>　　排除理由；制作麻煩，時(shí)間長了還要對冰水

24、混合物進(jìn)行維護(hù)，如更換。而且一般的恒溫容器，大小都有限制，這樣熱偶的大小也有了限制。這種方法只適合在實(shí)驗(yàn)室里采用，不用于實(shí)際當(dāng)中。</p><p><b>　?。?）補(bǔ)償導(dǎo)線法</b></p><p>　　原理：將熱電偶的參考端經(jīng)過補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表的輸入端相連接，其補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性與熱電偶本身相似。</p><p>　　排除理由：精度不高，而且

25、自己對這個方法沒有完全理解，所以排除此方法。</p><p><b>　?。?）數(shù)字補(bǔ)償法</b></p><p>　　原理：如圖4-3-3所示，集成溫度傳感器與熱電偶的冷端置于同一溫度中，集成溫度傳感器將冷端轉(zhuǎn)換為電信號，通過放大調(diào)整成0至5V的電壓，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)。同時(shí)把點(diǎn)偶的輸出電壓經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換后也送入單片機(jī)。將兩個信號相加，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。&

26、lt;/p><p>　　圖4-3-3 數(shù)字補(bǔ)償法原理圖</p><p>　　排除理由：用到了傳感器和單片機(jī)，雖然精度很高，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，成本也相應(yīng)增加，適用于精度要求很高的測溫，而在一般條件下使用則沒有必要，所以將這個方案排除。</p><p><b>　?。?）查表法</b></p><p>　　原理：將熱電偶的熱電勢與溫

27、度之間的函數(shù)關(guān)系用表格形式存入計(jì)算機(jī)，把熱點(diǎn)偶的熱電勢與溫度傳感器測得的冷端環(huán)境溫度對應(yīng)的電勢疊加后查表，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)得溫度值?？梢越柚?jì)算機(jī)完成，或是人工完成，取決于精度的要求和實(shí)效性的要求。</p><p>　　圖 4-3-4 查表法程序流程圖</p><p>　　排除理由：若以上程序由計(jì)算機(jī)控制，則成本過大，如果不是特殊用途，則不必要；若是由人工完成，則實(shí)效性很差，只能用于單純的測溫

28、，不可能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控或者報(bào)警。所以將這個方案舍棄</p><p>　?。?）利用不平衡電橋</p><p>　　原理：串聯(lián)一個不平衡電橋，當(dāng)參考端隨溫度上升或下降時(shí)，不平衡電橋?qū)?yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。具體電路如圖4-3-5所示。其中R1，R2，R3為同種材料，具有相同的溫度系數(shù)，而R4的溫度系數(shù)比他們的都大。當(dāng)溫度為零度時(shí)，R1R2=R3R4.變化時(shí)，由于R4變化大，導(dǎo)致電橋兩端的電壓變化，從而進(jìn)行

29、溫度補(bǔ)償。</p><p>　　圖4-3-5利用不平衡電橋溫度補(bǔ)償原理圖</p><p>　　排除理由：雖然電路簡單，但是在參數(shù)的確定上十分復(fù)雜，而且不會像傳感器那樣靈敏。最主要的是根據(jù)資料，電橋補(bǔ)償適用的溫度范圍很小，所以將這個方法排除。</p><p><b>　　（6）計(jì)算法</b></p><p>　　原理：將在

30、冷接端產(chǎn)生的溫度帶入相應(yīng)函數(shù)式中計(jì)算所需補(bǔ)償?shù)碾妷?，并與測得的輸出電壓疊加。然后再進(jìn)行修正，計(jì)算。</p><p>　　排除理由：缺點(diǎn)查表補(bǔ)償法相似，都是因?yàn)檫\(yùn)算復(fù)雜，如果計(jì)算機(jī)實(shí)施，投入過大，如果人實(shí)施，時(shí)效性差。所以將這種方法排除。</p><p>　　（7）傳感器溫度補(bǔ)償</p><p>　　原理：溫度傳感器會根據(jù)溫度的變化，其自身兩端的電壓或電流也相應(yīng)發(fā)生變

31、化，可由此對熱電偶冷接點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，有電壓電流兩種傳感器，因而也有兩種補(bǔ)償方法。</p><p>　　電壓型模擬集成電路冷端補(bǔ)償法：</p><p>　　圖4-3-7-1電壓型模擬集成電路冷端補(bǔ)償法 </p><p>　　說明：LM335的溫度系數(shù)為+10mV/K,輸出電壓經(jīng)R2和R3分壓后，得到補(bǔ)償電壓，通過選擇R2和R3的大小，使電壓和溫度的關(guān)系變?yōu)檫_(dá)到溫度補(bǔ)償作

32、用（如圖4-3-7-1）</p><p>　　電流型模擬集成電路冷端補(bǔ)償法：</p><p>　　說明：AD590是電流型模擬溫度傳感器，產(chǎn)生的電流在電阻上產(chǎn)生電壓，通過滑動變阻器的調(diào)整，使補(bǔ)償電壓達(dá)到41.269μV/℃</p><p>　　圖4-3-7-2電流型模擬集成電路冷端補(bǔ)償法</p><p>　　說明：1在整體測溫方案論證里面，曾

33、經(jīng)排除了用傳感器直接測溫的方法，主要是因?yàn)槠錅囟茸兓秶粔颍话愕?25℃,事實(shí)上，通過對其溫度和電壓或電流的觀察可以看出，超過125℃之后，還是有一定的線性程度。但是如果用于測量溫度的話，會對測量產(chǎn)生明顯的影響，所以沒有選擇傳感器直接測溫度這種方法。但對于熱電偶來說，由于每升高一度，電壓變化相對比較大，所以作為溫度補(bǔ)償?shù)哪M傳感器線性化不是特別強(qiáng)時(shí)，造成的影響其實(shí)是可以忽略的。相對于其它方法，熱電偶和溫度傳感器一起使用的優(yōu)勢就在于，

34、有很大的溫度變化范圍，而且線性化強(qiáng)，所以最終選擇了這一方法。</p><p>　　2在確定使用集成溫度傳感器進(jìn)行冷接點(diǎn)溫度補(bǔ)償后，又發(fā)現(xiàn)了更適合的芯片LT1025.由于要求精度高，通過電阻分壓后要達(dá)到很精確的數(shù)字。這也要求電阻不隨溫度變化，但是電阻隨溫度都有一定程度的變化，這樣會產(chǎn)生誤差，所以要盡可能地減少使用電阻。LT1025的1，6,7,8端口能分別直接提供60.9μV/℃,6μV/℃,40.6μV/℃,51

35、.7μV/℃.相差0.669μV/℃，非常小的相差，完全可以忽略，這樣電路就變得簡單，而且排除了溫度對電阻不利影響。</p><p>　　3由于決定最后輸出的因素非常多，所以要進(jìn)行校準(zhǔn)，即利用已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，通過對實(shí)驗(yàn)中的滑動變阻器的調(diào)整，達(dá)到校準(zhǔn)的目的，如果還有很大偏差，則對電阻進(jìn)行更換。</p><p>　　4整個補(bǔ)償電路中的導(dǎo)線，盡量不要使用隨溫度變化太大的材料，不然會對冷接點(diǎn)補(bǔ)

36、償造成影響，而且也要控制導(dǎo)線的長度，并用絕熱性強(qiáng)的材料來包裹導(dǎo)線，盡量減少金屬自身的熱電動勢的產(chǎn)生。</p><p>　　5 利用溫度傳感器時(shí)，會產(chǎn)生一定的噪聲干擾，所以要進(jìn)行濾波（詳細(xì)部分在第五部分說明）。</p><p>　?。ㄎ澹V波方法的討論</p><p>　　1濾波的原因：從傳感器的資料說明上發(fā)現(xiàn)LT1025會產(chǎn)生0.1-10Hz的噪聲，所以要設(shè)置濾波環(huán)

37、節(jié)。</p><p>　　2濾波方法的選擇：濾波方法有很多，這里濾波的最終效果是要盡可能把交流信號去掉，所以沒必要用帶阻濾波電路，只要讓濾過的最大值小于0.1Hz即可。下面是幾種濾波電路的比較。</p><p><b>　　一階有源濾波電路：</b></p><p>　　圖5-2-1 一階有源濾波電路</p><p>　

38、　說明：RC低通電路與負(fù)載之間插入一級同相比例放大電路，為一階RC低通濾波器，由于同相比例放大器的輸入電阻大，輸出電阻小，隔離了負(fù)載對濾波器的影響，而且還能起放大作用。</p><p><b>　　二階有源濾波電路：</b></p><p>　　圖5-2-2二階有源濾波電路</p><p>　　說明：它是由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成

39、，具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。</p><p>　　后來考慮了一種簡單的方法，就是直接在輸出電壓時(shí)并聯(lián)一個接地，這樣就可以把大部分的交流信號濾過。選4.7μF是通過和類似電路的比較，而且這個數(shù)值的電容電解電容就可以做到，體積大小也合適。而且對于一階二階有源濾波電路的參數(shù)設(shè)定，非常復(fù)雜，所以沒必要在這里采用精度很大的這種濾波電路，因?yàn)楫吘巩a(chǎn)生的噪聲不是很大。</p><p>　　還有一

40、種方法。由于0.1Hz非常小，濾去不是很容易，所以考慮把這里的直流信號，通過一個開關(guān)信號，變成交流信號。在一個三極管，基極加入方波信號，然后在發(fā)射極輸入信號，在集電極輸出信號，通過改變方波信號的頻率，等于將直流信號變成交流信號。這樣只要把得到的交流信號的頻率以下的頻率濾去即可。</p><p><b>　　（六）電路的改進(jìn)</b></p><p>　　發(fā)現(xiàn)了一種不用接

41、直流電壓就可以工作的放大器，這樣使電路更加簡單，改進(jìn)后的如圖6-1</p><p>　　圖6-1溫度傳感總電路圖（改進(jìn)后）</p><p><b>　　（七）仿真模擬</b></p><p><b>　　模擬圖見下一頁</b></p><p>　　說明：1由于熱敏電阻和冷接點(diǎn)補(bǔ)償無法模擬，這里只是運(yùn)

42、算電路的模擬，當(dāng)輸入電壓為100mV時(shí)，根據(jù)函數(shù)t=(100U-6100.4)/22.6，乘以23.84后運(yùn)算得4.114V，與顯示值相比較。由于模擬時(shí)滑動變阻器只能5%變化，而對于這個函數(shù)，變阻器分壓取得的電壓值對結(jié)果影響很大，此時(shí)取得的本應(yīng)為6100.4的值應(yīng)該為9000*65%=5858.</p><p>　　所以最后得到的值應(yīng)為t=(100U-5858)/22.6再乘以23.84，最后得到數(shù)值再比較。&l

43、t;/p><p>　　2如果U的值從0開始，則出現(xiàn)負(fù)值，所以選擇測試電壓時(shí)要注意使它的值，使輸出結(jié)果為正。</p><p>　　（二）數(shù)字顯示與溫度范圍控制模塊</p><p>　　數(shù)字顯示模塊與溫度范圍控制模塊將溫度傳感器部分傳來的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。</p><p>　　設(shè)置控制溫度時(shí)，將“溫度監(jiān)測\控制溫度設(shè)置”開

44、關(guān)撥至“控制溫度設(shè)置檔”，再通過“百位設(shè)定”“十位設(shè)定”“個位設(shè)定”“ 小數(shù)位設(shè)定”四個按鈕設(shè)定控制溫度范圍（數(shù)碼管上會有數(shù)字顯示），并通過“鎖定溫度上限”“鎖定溫度下限”來鎖定溫度限值 。</p><p>　　“關(guān)閉\開啟報(bào)警與溫控執(zhí)行系統(tǒng)”開關(guān)控制報(bào)警系統(tǒng)和溫控執(zhí)行系統(tǒng)的關(guān)閉和開啟，打開儀器前，應(yīng)先將其撥至“關(guān)閉”檔，設(shè)置 溫度完畢后，再撥至“開啟”。</p><p>　　通過“循環(huán)監(jiān)

45、測\單路監(jiān)測”開關(guān)，可選擇兩種監(jiān)測模式，數(shù)碼顯示管U98會實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所監(jiān)測的溫度線路序號。</p><p>　　通過“監(jiān)測線路切換頻率調(diào)整”旋鈕可調(diào)節(jié)，溫度線路的切換頻率(5~10s)，如需延長，可將電阻R2的換為阻值更大的電阻。（具體電路圖見附件1）</p><p><b>　　（三）聲光報(bào)警</b></p><p>　　如圖3所示，當(dāng)輸入

46、信號為低電平時(shí)，報(bào)警電路不工作。當(dāng)有高電平信號輸入時(shí)，模擬開關(guān)閉合，多諧震蕩電路開始工作。發(fā)光二級管閃爍，并發(fā)出蜂鳴報(bào)警。報(bào)警時(shí)蜂鳴的頻率和發(fā)光二極管閃爍的頻率均為2Hz,作用的占空比為58.3%。</p><p>　　圖3 聲光報(bào)警電路圖</p><p><b>　?。ㄋ模囟瓤刂茍?zhí)行</b></p><p>　　如圖4所示，溫控執(zhí)行電路由當(dāng)

47、輸入信號為低電平時(shí)，加熱或降溫電路不工作。當(dāng)有高電平信號輸入時(shí)，加熱電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，3腳 輸出高電平，繼電器吸合，啟動加熱降溫設(shè)備進(jìn)行加熱和降溫操作。1~10分鐘后（可根據(jù)實(shí)際情況通過滑動變阻器R3，R4調(diào)整）， 若溫度仍低于或高于設(shè)定溫度，電路不能復(fù)位，3腳仍輸出高電平，加熱或降溫操作繼續(xù)進(jìn)行。若溫度回到設(shè)定范圍內(nèi)，電路即復(fù)位 回到穩(wěn)定態(tài)，3腳輸出低電平，繼電器斷開，加熱或降溫操作停止。</p><p>　　圖

48、4溫度控制執(zhí)行電路</p><p><b>　　三、總體電路圖</b></p><p>　　限于篇幅和紙張大小，見最后一頁</p><p>　　四、結(jié)束語 本次溫度測量與控制電路的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如上所述，在此次設(shè)計(jì)中運(yùn)用到的知識大多數(shù)為課本所學(xué)。設(shè)計(jì)中難免有缺點(diǎn)和漏洞，真誠希望老師指導(dǎo)，以求改進(jìn)。</p><p>

49、　　本次設(shè)計(jì)中有如下幾個難點(diǎn)：</p><p>　　一是對整體測溫方案的選擇，閱讀大量資料后進(jìn)行比較，最后選擇了線性化很強(qiáng)，而且測溫范圍廣，靈敏度高的熱電偶。</p><p>　　二是運(yùn)算方法，最終選擇了利用電偶的電壓與溫度的關(guān)系函數(shù)的反函數(shù)構(gòu)成運(yùn)算電路，這樣等于是溫度通過一次函數(shù)運(yùn)算（熱電偶的測溫）得到電壓，電壓再經(jīng)一次函數(shù)運(yùn)算（運(yùn)算電路）得到新的電壓值，第一次與第二次的運(yùn)算函數(shù)互為反函

50、數(shù)。這樣最終得到的電壓值和溫度是1:1的關(guān)系，可以說是把溫度的單位由攝氏度“換成”了毫伏。</p><p>　　三是冷接點(diǎn)補(bǔ)償，選用了LT1025,能直接輸出所需的溫度補(bǔ)償電壓。</p><p>　　四是濾波方法的討論，最后選擇了簡單的將交流信號通過一個電容接地的方法</p><p>　　以上即是對本次設(shè)計(jì)中的主要問題的討論與解決方案，敬請老師給予指正，以求得更好的

51、解決方法。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.《傳感器原理與應(yīng)用》 程德福 王君 凌振寶 王言章 編著 </p><p>　　機(jī)械工業(yè)出版社 2008年1月第一版</p><p>　　2.《數(shù)字電路設(shè)計(jì)手冊》 荀殿棟 徐志軍 編著 </p><p>　

52、　電子工業(yè)出版社 2003年7月第一版</p><p>　　3.《Multisim8仿真與應(yīng)用實(shí)例開發(fā)》 從宏壽 程衛(wèi)群 李紹鉊 編著</p><p>　　清華大學(xué)出版社 2007年7月第一版</p><p>　　4.《電子線路 設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 姚福安 主編</p><p>　　華中電子科技大學(xué)出版社 2001年第一版</p>

53、<p>　　5.《基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 戴伏生 主編</p><p>　　國防工業(yè)出版社 2004年4月第一版</p><p>　　6.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 陳大欽 主編</p><p>　　機(jī)械工業(yè)出版社 2006年4月第一版</p><p>　　7.《數(shù)字電子技術(shù)》 James Bignell Robert Do

54、novan 編著</p><p>　　科學(xué)出版社 2005年2月第一版</p><p>　　《新編電子控制電路300例》 劉修文 等編</p><p><b>　　機(jī)械工業(yè)出版社</b></p><p>　　《數(shù)字單元電路 轉(zhuǎn)換電路 分冊》 梁廷貴主編</p><p><b>

55、　　科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社</b></p><p>　　10《傳感器技術(shù)（Journal of Transducer Technology）》</p><p>　　信息產(chǎn)業(yè)部第49研究所 2005年 第24卷 第11期 </p><p>　　11《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》</p><p&g

56、t;<b>　　清華大學(xué)出版社</b></p><p>　　12《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 </p><p>　　重慶大學(xué)出版社 </p><p><b>　　六、元器件明細(xì)</b></p><p><b

57、>　　AD574A </b></p><p>　　AD574A 是美國模擬數(shù)字公司（Analog ）推出的單片高速12 位逐次比較型A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D 轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下： </p><p>　　分辨率：12 位

58、 </p><p>　　非線性誤差：小于±1/2LBS 或±1LBS </p><p>　　轉(zhuǎn)換速率：25us </p><p>　　模擬電壓輸入范圍：0—10V 和0—20V，0—±5V 和0—±10V 兩檔四種 </p><p>　　電源電壓：±15V 和 5V </p&g

59、t;<p>　　數(shù)據(jù)輸出格式：12 位/8 位 </p><p>　　芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 </p><p>　　圖6-1AD574A引腳圖</p><p>　　AD574A 的引腳說明： </p><p>　　[1]. Pin1(V Logic)——邏輯電源+5V電源輸入端。 </p>

60、<p>　　[2]. Pin2(12／8 )——數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。 </p><p>　　[3]. Pin3(CS )——片選端，低有效。 </p><p>　　[4]. Pin4(A0)——字節(jié)地址短周期控制端。與12/8端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和 </p><p><b>　　數(shù)據(jù)輸出格式。 <

61、/b></p><p>　　[5]. Pin5( R/C)——讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。 </p><p>　　[6]. Pin6(CE)——使能端，高有效。 </p><p>　　[7]. Pin7(V+)——正電源輸入端，輸入+15V電源。 </p><p>　　[8]. Pin8(REF OUT)——10V 基準(zhǔn)電源電壓輸出端。 <

62、;/p><p>　　[9]. Pin9(AGND)——模擬地端。 </p><p>　　[10]. Pin10(REF IN)——基準(zhǔn)電源電壓輸入端。 </p><p>　　[11]. Pin11(V-)——負(fù)電源輸入端，輸入-15V 電源。 </p><p>　　[12]. Pin12(BIP OFF)——單極性輸入時(shí)BIP OFF接模擬公共地

63、，雙極性時(shí)BIP OFF接對應(yīng)的-5V、-10V</p><p>　　[13]. Pin13(10V IN)——單極性0～10 V模擬量輸入；雙極性0～ ±5 V模擬量輸入。</p><p>　　[14]. Pin14(20V IN)——單極性0～20 V模擬量輸入；雙極性0～ ±10 V模擬量輸入. 。</p><p>　　[15]. Pin

64、15(DGND)——數(shù)字地端。 </p><p>　　[16]. Pin16—Pin27(DB0—DB11)——12 條數(shù)據(jù)總線。通過這 12 條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 </p><p>　　[17]. Pin28(STS)——工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng) STS=1 時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng) STS=0 時(shí)，聲明A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作

65、狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號之用。 </p><p><b>　　AD574真值表</b></p><p>　　2.281024 1M COMS EEPROM（65536X16）</p><p>　　A0~A15：地址輸入端</p><p>　　D0~D15：數(shù)據(jù)輸出端 </p><

66、p>　　圖6-2281024管腳圖</p><p><b>　　281024真值表</b></p><p>　　3.74LS160D</p><p>　　圖6-374LS160D管腳圖</p><p>　　74LS160D真值表</p><p><b>　　ADG508F<

67、;/b></p><p>　　圖6-4ADG508F管腳圖</p><p>　　ADFG508F真值表</p><p><b>　　5.74LS48</b></p><p>　　圖6-574LS48管腳圖</p><p><b>　　74LS48真值表</b><

68、;/p><p><b>　　6.74LS175</b></p><p>　　圖6-674LS175D管腳圖</p><p>　　74LS175D功能表</p><p><b>　　7.74LS85N</b></p><p>　　圖6-774LS85N管腳圖</p>

69、<p><b>　　74LS85真值表</b></p><p><b>　　8．K型熱電偶</b></p><p>　　K型熱點(diǎn)偶的電壓與溫度關(guān)系為：U=0.226T-0.707</p><p>　　K型熱電偶所需的溫度補(bǔ)償電壓為：41.269μV/K</p><p>　　圖6-8 熱

70、電偶的特性曲線</p><p><b>　　9.LT1025</b></p><p>　　圖6-9-1 LT1025參數(shù)圖</p><p>　　圖6-9-2LT 1025 管腳圖</p><p><b>　　10</b></p><p>　　圖6-10ADG202的管腳圖和真

71、值表</p><p><b>　　七、收獲體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)中，我負(fù)責(zé)溫度傳感模塊的設(shè)計(jì)，大部分是模電方面的內(nèi)容。</p><p>　　第一次將所學(xué)的知識運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，非常興奮，就和學(xué)了一門外語以后和老外交談的感覺一樣。當(dāng)然在設(shè)計(jì)過程中也遇到了不少問題。</p><p>　　剛拿到這個題目

72、的時(shí)候，覺得很簡單，心里想著，不就是一個傳感器接幾個顯示裝置么，應(yīng)該很簡單。但是開始一點(diǎn)一點(diǎn)做的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)非如此。具體到怎么傳感，怎么顯示，怎么報(bào)警，甚至是一些其他小問題，比如怎么截圖，怎么畫電路，都成了攔路虎。然后我們開始分工，我負(fù)責(zé)傳感部分。最開始遇到的難題就是，溫度范圍要求很廣，一般熱敏電阻的線性關(guān)系到高溫時(shí)就很差了，然后就想找一個線性修正電路，但是后來發(fā)現(xiàn)線性化修正電路十分復(fù)雜。然后在查閱很多資料之后想到了熱電偶這個方法，突

73、然又感覺馬上就能大功告成了，結(jié)果在資料中發(fā)現(xiàn)了要進(jìn)行冷接點(diǎn)補(bǔ)償，第一次聽說這個概念，只能硬著頭皮查資料，問老師，最后才得以克服。然后是算法的問題，通過資料，采用了一種利用函數(shù)與反函數(shù)關(guān)系的方法，把溫度的單位直接換成了mV,1比1對應(yīng)，自己感覺這一點(diǎn)應(yīng)給是很有特點(diǎn)的地方。最后又進(jìn)行濾波電路設(shè)計(jì)，模擬，寫論文，最終完成了課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　在這個過程中，經(jīng)常產(chǎn)生一種“馬上就要完成了”的錯覺，但是每次又遇到

74、新的問題，所以不能急躁，要想得全面一些，才能達(dá)到最好的效果。這次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不能完全依靠理論的東西，運(yùn)用于實(shí)踐的時(shí)候要具體情況具體操作。</p><p>　　在進(jìn)行課設(shè)的過程中，發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作十分重要，分開部分各個擊破，使問題變得容易了很多，不然就這個題目而言，一個人做的話是非常復(fù)雜的，而且時(shí)間也不夠。最后大家的電路圖往一起合并的時(shí)候，都非常激動。大家的通力合作，才完成了整個設(shè)計(jì)。</p><p

75、>　　這次課設(shè)的時(shí)間其實(shí)很緊，所以要有很強(qiáng)的計(jì)劃性，中間又夾雜著六級考試，所以時(shí)間安排很重要。這次安排不是特別成功，是兩頭緊，中間松。我們的主體電路圖很早就出來了，但中間松下來，說是松其實(shí)是在準(zhǔn)備六級考試，也很緊。到最后的三天，幾乎每天都做課設(shè)到凌晨三點(diǎn)左右了，不過總算是扛過來了。</p><p>　　最后的一點(diǎn)體會是，面對困難的時(shí)候，如果繞不過去，就要努力克服，可以求助于老師，同學(xué)，查閱資料，不要輕易放棄

76、和改變已選定的方法。</p><p>　　總之，這次課設(shè)投入了很多，也收獲了很多，把所學(xué)知識進(jìn)一步深入，并學(xué)到了很多課本以外的工作，感覺這次課設(shè)對我有很大幫助，課程設(shè)計(jì)的確是一門好的課程。</p><p><b>　　八、鳴謝</b></p><p>　　感謝學(xué)院為我們安排這一次課程設(shè)計(jì)</p><p><b>