課程設(shè)計---溫度測量與控制電路

1、<p>　　電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計</p><p>　　(溫度測量與控制電路)</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化</p><p>　　班 級 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導教師

2、 </p><p>　　日 期 2011年6月30日 </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　溫度測量與控制電路廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個方面，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度自動控制已經(jīng)成為一個相當成熟的技術(shù)。本次課程設(shè)計給我們創(chuàng)造了良好的學習機會：一是查閱資料將自己所學的數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)，以及傳感器

3、的相關(guān)知識綜合運用，二是系統(tǒng)了解溫度監(jiān)測特別是工業(yè)上的溫度控制的詳細過程，為日后的學習和工作增長知識，積累經(jīng)驗。</p><p>　　在確定課設(shè)題目，經(jīng)仔細分析問題后，實現(xiàn)溫度的測量與控制方法很多，大致可以分為兩大類型，一種是以單片機為主的軟硬件結(jié)合方式，另一種是用簡單芯片構(gòu)成實現(xiàn)電路。由于單片機知識的匱乏，我們決定用后者實現(xiàn)。共同確定了總的電路結(jié)構(gòu)，將設(shè)計分為三部分，李朝負責溫度傳感部分，諶新力負責溫度顯示和溫

4、度范圍控制部分，肖陽負責溫度控制執(zhí)行電路和聲光報警部分。溫度傳感部分由熱電偶構(gòu)成的溫度傳感器，數(shù)字顯示和設(shè)定控制部分由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A、281024 CMOS EEPROM、鎖存器74LS175等組成，聲光報警和溫控加熱降溫執(zhí)行電路主要用時基芯片555構(gòu)成的多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)電路組成。在確定了單元電路的設(shè)計方案后，我們在總結(jié)出總體方案框圖的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Multisim11.0仿真軟件畫出了各單元模塊電路圖，最后匯總電路圖。<

5、/p><p>　　由于缺少實踐經(jīng)驗，并且知識有限，所以本次設(shè)計中難免存在缺點和錯誤，敬請老師批評指正。</p><p><b>　　李朝</b></p><p>　　2010年6月20日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　溫度測量與控制電路4<

6、/p><p><b>　　摘要4</b></p><p>　　一、系統(tǒng)綜述和總體方案論證與選擇5</p><p>　　二、單元電路設(shè)計6</p><p>　?。ㄒ唬囟葌鞲心K6</p><p>　?。?）冷接點溫度補償方法的選擇11</p><p>　　（3）濾波方

7、法的討論16</p><p>　　（4）電路的改進17</p><p>　?。?）仿真模擬18</p><p>　　（二）聲光報警20</p><p>　?。ㄈ囟瓤刂茍?zhí)行21</p><p><b>　　三、結(jié)束語21</b></p><p><b&g

8、t;　　四、參考文獻22</b></p><p>　　五、元器件明細23</p><p><b>　　六、收獲體會31</b></p><p><b>　　七、鳴謝32</b></p><p><b>　　八、【附錄】32</b></p>&

9、lt;p><b>　　評 語33</b></p><p><b>　　溫度測量與控制電路</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　溫度測量與控制電路是在實際應(yīng)用中相當廣泛的測量電路。本次設(shè)計主要運用基本的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的知識，從基本的單元電路出發(fā)，實

10、現(xiàn)了溫度測量與控制電路的設(shè)計?？傮w設(shè)計中的主要思想：一、達到設(shè)計要求；二、盡量應(yīng)用所學知識；三、設(shè)計力求系統(tǒng)簡單可靠，有實際價值。溫度傳感采用熱電偶和溫度補償原理。大家共同商議共同確定了總的電路結(jié)構(gòu)，將設(shè)計分為三部分，李朝負責溫度傳感部分，諶新力負責溫度顯示和溫度范圍控制部分，肖陽負責溫度控制執(zhí)行電路和聲光報警部分AD轉(zhuǎn)換部分使用集成芯片AD574A；二進制到8421BCD碼的轉(zhuǎn)換用EEPROM 281024實現(xiàn)；顯示譯碼部分用74LS

11、48和數(shù)碼管實現(xiàn)；溫度控制范圍設(shè)定采用數(shù)字設(shè)定方式，用74LS160十進制加計數(shù)器和鎖存器74LS175實現(xiàn)；溫度的判斷比較數(shù)值比較器74LS85的級聯(lián)實現(xiàn)；通過使用74LS160和ADG508F實現(xiàn)了多路溫度循環(huán)監(jiān)測功能。聲光報警加入了單穩(wěn)態(tài)。溫度控制執(zhí)行部分采用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)定性和實用性。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞 </b></p&

12、gt;<p>　　溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換 控制溫度 聲光報警 二進制轉(zhuǎn)BCD 譯碼顯示</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p><p>　　1、測量溫度范圍為200C～1650C，精度0.50C；</p><p>　　2、被測量溫度與控制溫度均可數(shù)字顯示；</p><p>　　3、控制

13、溫度連續(xù)可調(diào)；</p><p>　　4、溫度超過設(shè)定值時，產(chǎn)生聲光報警。</p><p>　　一、系統(tǒng)綜述和總體方案論證與選擇</p><p><b>　　方案A.</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)過譯碼進行數(shù)字顯示，另一路與滑

14、變分壓經(jīng)過電壓比較器進行比較輸出高低電平指示信號，溫度控制執(zhí)行模塊和聲光報警部分。</p><p>　　圖1-1 總體方案A</p><p><b>　　方案B.</b></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

15、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確性。方案B主要采用數(shù)字芯片邏輯控制實現(xiàn)，其工作的穩(wěn)定性準確性和功能擴展性較強。</p><p>　　圖1-2 總體方案B</p><p><b>　　二、單元電路設(shè)計</b></p><p>

16、<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

17、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)電壓進行比較，并顯示。其電路如圖1-1所示</p><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，達不到課題要

18、求的范圍。而如果進行電阻線性化，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用。</p><p>　　排除

19、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)射極之間的負溫度系數(shù)，如圖1-3所示。</p><p>　　圖1-3三級管測溫度電路圖</p><p>　　排除理由：靈敏度不高，可以用作判斷報警，但不宜用于測量溫度。</p><p

20、>　　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>　

21、　原理：如果兩種不同成分的均質(zhì)導體形成回路，直接測溫端叫做測量端，接線端子叫做參比端，當兩端存在溫差時，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體材質(zhì)以及兩端溫度有關(guān)。與熱電偶導體的長度和直徑無關(guān)。</p><p>　　熱電偶測溫電路是以熱點偶為基礎(chǔ)進行測溫。</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，所以最終選擇

22、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（改進前）</p><p>　　設(shè)計思路框架圖如下：</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。由于點偶的特殊性，要對其進行冷接點補償（詳細內(nèi)容在第四部分說明）。由于補償選

23、擇的方案會產(chǎn)生很小的一部分噪聲，所以要濾波（詳細內(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)計的電路，這樣就是把溫度一比一地用電壓表示出來（詳細內(nèi)容在第三部分）。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\算的說明<

24、/p><p>　　注意：這里的運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</p><p>　　的輸入電壓，也就是進行過溫度補償之后的電壓，單位為毫伏，T為熱力學溫度。由于課題要求得到攝氏溫度，所以進行換算得U=0.226(t+273.5)-0.707.

25、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)就是運算電路所實現(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=f(x).再經(jīng)過后面的運算電路，又出現(xiàn)新的電壓，此時運算后的電壓（設(shè)為z）與運算前的電壓滿足關(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-610

26、0.4)/22.6，他們互為反函數(shù)，故x=z.這樣就實現(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，進行了一次放大，放大到每攝氏度對應(yīng)24.32mV（這個數(shù)值是負責顯示數(shù)據(jù)的同學提供的）。</p><p>　　根據(jù)得到的公式t=(100U-6100.4)/22.6，可以看出，需要進行放大，減法，

27、除法的運算。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，運算電路的構(gòu)成如下：首先用一個同相比例電路，實現(xiàn)100倍的放大，再由滑動變阻器提供6100.4mV的電壓，最后減法運算，除法運算和乘法運算，用一個比例減法運算器一次完成。同相比例運算滿足：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。然后兩者進行比例減法運算。

28、對于比例減法運算電路，當R1=R2，R5=R6時，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，當比例減法的比值為1:22.6時，得到1mV/℃的輸出，而為了得到23.84mV/℃的輸出，則把比值調(diào)整為23.84:22.6.最終選擇R1=R2=226歐，R5=R6=238.4歐。</p><p>　　總之，整個運算電路，把溫度通過一個函數(shù)（熱點偶的電壓與溫度關(guān)

29、系函數(shù)）轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺偻ㄟ^這個函數(shù)的反函數(shù)（運算電路）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，進行了一次放大。</p><p>　?。?）冷接點溫度補償方法的選擇</p><p>　　1冷接點補償?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>

30、;　　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 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)若冷端為0，則輸出電壓為測試溫度（熱端）的單值函數(shù)。但實際中，冷端的溫度不為零，則要進行補償，是其在相應(yīng)的溫度下的電壓為零度時的電壓。如果精度要求不高時，可以近似忽略，但是精度要求高時，必須進行冷接點補償。</p><p>　　2

31、冷接點補償?shù)目傮w思路：查資料得知，K點偶所需的補償電壓為41.269μV/℃,可使其兩端電壓變?yōu)?℃時兩端的電壓大小，從而達到補償?shù)男Ч?lt;/p><p>　　3冷接點補償?shù)木唧w方法的選擇：常見的補償方法有：冷端恒溫法，補償導線法，數(shù)字補償，查表法，不平衡電橋法，計算法，傳感器溫度補償法。</p><p><b>　?。?）冷端恒溫法</b></p>&l

32、t;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，時間長了還要對冰水混合物進行維護，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驗室里采用，不用于實際當中。</p><p><b>　?。?）補償導線法</b></p><p>　　原理：將熱電

33、偶的參考端經(jīng)過補償導線與儀表的輸入端相連接，其補償導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

34、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。同時把點偶的輸出電壓經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換后也送入單片機。將兩個信號相加，實現(xiàn)溫度補償。</p><p>　　圖4-3-3 數(shù)字補償法原理圖</p><p>　　排除理由：用到了傳感器和單片機，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&g

35、t;<p>　?。?）查表法原理：將熱電偶的熱電勢與溫度之間的函數(shù)關(guān)系用表格形式存入計算機，把熱點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。可以借助計算機完成，或是人工完成，取決于精度的要求和實效性的要求</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖 4-3-4 查表法程序流程圖</p&g

36、t;<p>　　排除理由：若以上程序由計算機控制，則成本過大，如果不是特殊用途，則不必要；若是由人工完成，則實效性很差，只能用于單純的測溫，不可能實現(xiàn)實時監(jiān)控或者報警。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，當參考端隨溫度上升或下降時，不平衡電橋?qū)?yīng)進行補償。具體電路如圖4-3-5所示。其中R1，R2，R3為

37、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。當溫度為零度時，R1R2=R3R4.變化時，由于R4變化大，導致電橋兩端的電壓變化，從而進行溫度補償。</p><p>　　圖4-3-5利用不平衡電橋溫度補償原理圖</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，電橋補償適用的溫度范圍很小，所以將這個方法排除。

38、</p><p><b>　?。?）計算法</b></p><p>　　原理：將在冷接端產(chǎn)生的溫度帶入相應(yīng)函數(shù)式中計算所需補償?shù)碾妷海⑴c測得的輸出電壓疊加。然后再進行修正，計算。</p><p>　　排除理由：缺點查表補償法相似，都是因為運算復(fù)雜，如果計算機實施，投入過大，如果人實施，時效性差。所以將這種方法排除。</p>&l

39、t;p>　?。?）傳感器溫度補償</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)生變化，可由此對熱電偶冷接點進行補償，有電壓電流兩種傳感器，因而也有兩種補償方法。</p><p>　　1、電壓型模擬集成電路冷端補償法：</p><p>　　圖4-3-7-1電壓型模擬集成電路冷端補償法 </p><p&g

40、t;　　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_到溫度補償作用（如圖4-3-7-1）</p><p>　　2、 電流型模擬集成電路冷端補償法：</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，使補償電壓達到41.269μV/℃<

41、/p><p>　　圖4-3-7-2電流型模擬集成電路冷端補償法</p><p>　　說明：1在整體測溫方案論證里面，曾經(jīng)排除了用傳感器直接測溫的方法，主要是因為其溫度變化范圍不夠，一般到125℃,事實上，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

42、升高一度，電壓變化相對比較大，所以作為溫度補償?shù)哪M傳感器線性化不是特別強時，造成的影響其實是可以忽略的。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，有很大的溫度變化范圍，而且線性化強，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行冷接點溫度補償后，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

43、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/℃,51.7μV/℃.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，所以要進行校準，即利用已有的數(shù)據(jù)進行調(diào)整，通過對實驗中的滑動變阻器的調(diào)整，達到校準的

44、目的，如果還有很大偏差，則對電阻進行更換。</p><p>　　4整個補償電路中的導線，盡量不要使用隨溫度變化太大的材料，不然會對冷接點補償造成影響，而且也要控制導線的長度，并用絕熱性強的材料來包裹導線，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，會產(chǎn)生一定的噪聲干擾，所以要進行濾波（詳細部分在第五部分說明）。</p><p>　　

45、（3）濾波方法的討論</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)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>

46、　　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>　　說明：RC低通電路與負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><

47、/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，具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點。</p><p>　　后來考慮了一種簡單的方法，就是直接在輸出電壓時并聯(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

48、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，因為畢竟產(chǎn)生的噪聲不是很大。</p><p>　　還有一種方法。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。

49、</p><p><b>　?。?）電路的改進</b></p><p>　　發(fā)現(xiàn)了一種不用接直流電壓就可以工作的放大器，這樣使電路更加簡單，改進后的如圖6-1</p><p>　　圖6-1溫度傳感總電路圖（改進后）</p><p><b>　?。?）仿真模擬</b></p><p

50、><b>　　模擬圖見下一頁</b></p><p>　　說明：1、由于熱敏電阻和冷接點補償無法模擬，這里只是運算電路的模擬，當輸入電壓為100mV時，根據(jù)函數(shù)t=(100U-6100.4)/22.6，乘以23.84后運算得4.114V，與顯示值相比較。由于模擬時滑動變阻器只能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，此時取得的本應(yīng)為6100.4的值應(yīng)該為9000

51、*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。</p><p>　　2、如果U的值從0開始，則出現(xiàn)負值，所以選擇測試電壓時要注意使它的值，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

52、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)碼管上進行顯示。</p><p>　　設(shè)置控制溫度時，將“溫度監(jiān)測\控制溫度設(shè)置”開關(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\開啟報警與溫控執(zhí)行系統(tǒng)”開關(guān)控

53、制報警系統(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)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會實時顯示當前所監(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

54、1）</p><p><b>　?。ǘ┞暪鈭缶?lt;/b></p><p>　　如圖3所示，當輸入信號為低電平時，報警電路不工作。當有高電平信號輸入時，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)出蜂鳴報警。報警時蜂鳴的頻率和發(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 聲光報警電路圖</

55、p><p><b>　　（三）溫度控制執(zhí)行</b></p><p>　　如圖4所示，溫控執(zhí)行電路由當輸入信號為低電平時，加熱或降溫電路不工作。當有高電平信號輸入時，加熱電路進入暫穩(wěn)態(tài)，3腳 輸出高電平，繼電器吸合，啟動加熱降溫設(shè)備進行加熱和降溫操作。1~10分鐘后（可根據(jù)實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，

56、加熱或降溫操作繼續(xù)進行。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>　　三、結(jié)束語 本次溫度測量與控

57、制電路的設(shè)計主要內(nèi)容如上所述，在此次設(shè)計中運用到的知識大多數(shù)為課本所學。設(shè)計中難免有缺點和漏洞，真誠希望老師指導，以求改進。</p><p>　　本次設(shè)計中有如下幾個難點：</p><p>　　一是對整體測溫方案的選擇，閱讀大量資料后進行比較，最后選擇了線性化很強，而且測溫范圍廣，靈敏度高的熱電偶。</p><p>　　二是運算方法，最終選擇了利用電偶的電壓與溫度的

58、關(guān)系函數(shù)的反函數(shù)構(gòu)成運算電路，這樣等于是溫度通過一次函數(shù)運算（熱電偶的測溫）得到電壓，電壓再經(jīng)一次函數(shù)運算（運算電路）得到新的電壓值，第一次與第二次的運算函數(shù)互為反函數(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>　　三是冷接點補償，選用了LT1025,能直接輸出所需的溫度補償電壓。</p><p>　　四是濾波方法的討論，最后選

59、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，以求得更好的解決方法。</p><p><b>　　四、參考文獻</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>　　機械工業(yè)出版

60、社 2008年1月第一版</p><p>　　2.《數(shù)字電路設(shè)計手冊》 荀殿棟 徐志軍 編著 </p><p>　　電子工業(yè)出版社 2003年7月第一版</p><p>　　3.《Multisim8仿真與應(yīng)用實例開發(fā)》 從宏壽 程衛(wèi)群 李紹鉊 編著</p><p>　　清華大學出版社 2007年7月第一版</p><

61、;p>　　4.《電子線路 設(shè)計與實踐》 姚福安 主編</p><p>　　華中電子科技大學出版社 2001年第一版</p><p>　　5.《基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐》 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&

62、gt;　　機械工業(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 Donovan 編著</p><p>　　科學出版社 2005年2月第一版</p><p>　　《新編電子控制電路300例》 機械工業(yè)出版社</p><p>

63、　　《數(shù)字單元電路 轉(zhuǎn)換電路 分冊》 梁廷貴主編</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

64、術(shù)基礎(chǔ)》 清華大學出版社</p><p>　　12《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 重慶大學出版社 </p><p><b>　　五、元器件明細</b></p><p><b>

65、;　　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，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 &

66、lt;/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>

67、<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><

68、;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。 </b&

69、gt;</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 基準電源電壓輸出端。 </p

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

71、性時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]. Pin15(

72、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 STS=1 時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當 STS=0 時，聲明A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，

73、作為單片機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><p&g

74、t;　　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><b>　　ADG508F</b></p><p>　　圖6-4AD

75、G508F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></p><p><b>　　6.74LS17

76、5</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><p><b>　　74LS85真值表</b

77、></p><p><b>　　8．K型熱電偶</b></p><p>　　K型熱點偶的電壓與溫度關(guān)系為：U=0.226T-0.707</p><p>　　K型熱電偶所需的溫度補償電壓為：41.269μV/K</p><p>　　圖6-8 熱電偶的特性曲線</p><p><b>

78、　　9.LT1025</b></p><p>　　圖6-9-1 LT1025參數(shù)圖 </p><p><b>　　六、收獲體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計中，我負責溫度傳感模塊的設(shè)計，大部分是模電方面的內(nèi)容。</p><p>　　第一次將所學的知識運用到實際當中，非常興奮，就和學了一門外語以后和

79、老外交談的感覺一樣。當然在設(shè)計過程中也遇到了不少問題。</p><p>　　剛拿到這個題目的時候，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。但是開始一點一點做的時候才發(fā)現(xiàn)，遠非如此。具體到怎么傳感，怎么顯示，怎么報警，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，我負責傳感部分。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)系到高溫時就很差

80、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)了要進行冷接點補償，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)，自己感覺這一點應(yīng)給是很有特點的地方。最后又進行濾波電路設(shè)計，模擬，寫論文，最終完成了課程設(shè)計

81、。</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，但是每次又遇到新的問題，所以不能急躁，要想得全面一些，才能達到最好的效果。這次實驗中發(fā)現(xiàn)，不能完全依靠理論的東西，運用于實踐的時候要具體情況具體操作。</p><p>　　在進行課設(shè)的過程中，發(fā)現(xiàn)團隊合作十分重要，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，而且時間也不夠。

82、最后大家的電路圖往一起合并的時候，都非常激動。大家的通力合作，才完成了整個設(shè)計。</p><p>　　最后的一點體會是，面對困難的時候，如果繞不過去，就要努力克服，可以求助于老師，同學，查閱資料，不要輕易放棄和改變已選定的方法。總之，這次課設(shè)投入了很多，也收獲了很多，把所學知識進一步深入，并學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)計的確是一門好的課程。</p><p>

83、<b>　　七、鳴謝</b></p><p>　　感謝學院為我們安排這一次課程設(shè)計，使我們得到一個學習和鍛煉的機會。</p><p>　　感謝老師的辛勤指導，使我們抓住解決問題的關(guān)鍵，從而順利完成課程設(shè)計。</p><p>　　感謝同組同學的團結(jié)合作，以及其他同學給與的幫助，使我們的課程設(shè)計得以圓滿完成。</p><p>