畢業(yè)設計----超溫度控制電路

1、<p>　　本 科 生 畢 業(yè) 設 計 (論 文)</p><p>　　題目： 溫度控制電路</p><p>　　教學單位 電氣信息工程學院 _</p><p>　　姓 名 _ _____ ___</p><p>　　學 號 ___ __ <

2、;/p><p>　　年 級 ___ _______ _</p><p>　　專 業(yè) ___電子信息工程_____ </p><p>　　指導教師 ___ </p><p>　　職 稱 ___ </p><p>　　2009年4月2

3、0日</p><p><b>　　溫度控制電路設計</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在電子技術飛速發(fā)展的今天，測量控制技術已經(jīng)涉及到軍事和工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，并越來越多的受到人們的重視。傳感器的出現(xiàn)，使得人們生產生活方式發(fā)生了重大變化，使得科學實驗和應用工程的自動化程度發(fā)生了巨大改變。 &

4、lt;/p><p>　　溫度是工業(yè)生產科學研究等行業(yè)中相當重要的參數(shù)之一，溫度控制在各個行業(yè)中都是相當重要的一個環(huán)節(jié)對人們生活生產起著重大作用。溫度控制的關鍵在于測溫和控制兩個方面。溫度測量是溫度控制的基礎。</p><p>　　論文主要討論了基于模擬電路的溫度控制電路，該電路通過精密攝氏溫度傳感器LM35測量溫度將溫度比較轉化為電壓比較的方法來達到控制的目的。本文介紹了該控制電路的原理，溫度

5、信號的采集電路，去干擾電路，功率放大電路，模數(shù)轉換及顯示電路，LM35的原理、電壓比較器的工作原理。</p><p>　　關鍵詞： 溫度控制 溫度測量 LM35應用 電壓比較器</p><p>　　Design of temperature control circuit </p><p><b>　　Abstract</b></p

6、><p>　　In electronic technology rapid development today，the electronic observations and control technology research and the project apply by spread the military and industrial production each department and mor

7、e and more many is valued by people. The electronic observation and control technology appearance, caused traditional the electronic surveying in the principle, the function, the precision and the automaticity has had hu

8、ge change, caused the scientific experiment and the application project autom</p><p>　　Temperature is one of important parameters in industrial production and scientific experiment course. In metallurgy, mac

9、hinery, material, chemical engineering, petroleum and the course of heat treatment, the control effect for temperature directly affects service life and the quality of product. Therefore temperature control is the techno

10、logy of a key in every field.The key of temperature control lies control .Temperature measure is that the more in two aspects of to measure and to technical com</p><p>　　It presents the designing of the anal

11、og circuit on LM35 temperature sensor and the editing and the debugging of the whole temperature control circuit .In this paper, it interview the principle of the temperature control circuit, temperature measure circuit,

12、 anti-jamming circuit, frequency power arnplifier and RAMDAC the theory of LM35 chip and voltage comparator.</p><p>　　Keyword: Temperature control Temperature measure LM35 application Voltage comparator&l

13、t;/p><p>　　目 錄</p><p>　　摘要.................................................................. 2</p><p>　　目錄...................................................................4&l

14、t;/p><p>　　緒論...................................................................5</p><p>　　1溫度控制電路..........................................................6</p><p>　　1.1設計要求..........

15、...............................................6</p><p>　　1.2 方案選擇與論證..................................................6</p><p>　　2基于模擬電路的溫度控制電路............................................8</

16、p><p>　　2.1溫度信號檢測及顯示電路...........................................8</p><p>　　2.2溫度控制部分.....................................................8</p><p>　　2.3所用器件介紹..........................

17、...........................9</p><p>　　2.3.1 LM35精密集成電路溫度傳感器...............................9</p><p>　　2.3.2 三位半LED顯示A/D轉換器ICL7107..........................9</p><p>　　3 溫度信號的檢測和信號調整

18、..............................................12</p><p>　　3.1溫度測量及信號調理電路的設計.....................................12</p><p>　　3.1.1選用合適的傳感器...........................................12</p>

19、<p>　　3.1.2設計信號調整電路...........................................13</p><p>　　3.3溫度測量的誤差分析...............................................14</p><p>　　4 溫度控制電路的設計.................................

20、....................14</p><p>　　4.1 控制電路........................................................14</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)中的電壓比較技術........................................15</p><p>　　4.2

21、.1比較器的工作原理............................................15</p><p>　　4.2.2電壓比較器..................................................16</p><p>　　4.2.3比較器與運放的區(qū)別..........................................

22、17</p><p>　　5 顯示電路的設計.........................................................18</p><p>　　5.1 顯示電路原理....................................................18</p><p>　　5.2 顯示電路設計.....

23、...............................................18</p><p>　　6總結....................................................................19</p><p>　　6.1干擾分析.............................................

24、.............19</p><p>　　6.2總結與改進........................................................19</p><p>　　參考文獻..................................................................21</p><p>

25、　　附錄A：原理圖、pcb版圖、元件清單..........................................22</p><p>　　致謝......................................................................23 </p><p><b>　　緒論 &

26、lt;/b></p><p>　　在鋼鐵、機械、石油化工、電力、等工業(yè)生產中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一; 隨著科學技術和生產發(fā)展,需要對各種參數(shù)進行測量,溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一.在冶金工業(yè),化工生產,電力工程,機械制造和食品加工等許多領域中,人們都需要對各種環(huán)境中的溫度進行檢測和控制,溫度控制對于大型工業(yè)和日常生活用品等工程都具有廣闊的應用前景.例如冶金工業(yè)中的煉鋼爐溫度控制、化工

27、生產中的培養(yǎng)皿溫度控制、食品加工車間的溫度控制等。</p><p>　　溫度控制一般指對某一特定空間的溫度進行控制調節(jié)，使其達到并滿足工藝過程的要求。溫度測量與控制系統(tǒng)是自動控制技術、計算機技術、電子技術和通信技術的有機結合，綜合發(fā)展的產物。其內容十分的豐富，它包括各種數(shù)據(jù)的采集和處理系統(tǒng)、自動測量系統(tǒng)、生產過程自動控制系統(tǒng)等，廣泛應用于工廠自動化、商業(yè)自動化、實驗室自動化等人類活動的各個領域。隨著工業(yè)的發(fā)展，對

28、溫度控制提出了更多更高的要求，因而熱處理技術也向著優(yōu)質、高效、節(jié)能、無公害方向發(fā)展。溫度控制是一種具有純滯后的系統(tǒng)，加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過程，目前的溫度控制系統(tǒng)大多建立在一定的數(shù)學模型基礎上，對被控對象中的非線性、時變性及隨機干擾無能為力，因此，提高系統(tǒng)的抗干擾能力成為關鍵性的技術。首先，控溫精度要高。其次，當環(huán)境發(fā)生變化而影響到控溫精度時，要有合適的手段進行調整以達到精度要求。而且，為了方便進行工藝的研究，需要能

29、保存溫度數(shù)據(jù)。最后，由于生產中的實際情況，控制設備要求操作方便，易于維護，成本較低等等。</p><p>　　常用的溫度控制方法有:電接點溫度表溫度控制、位式溫度顯示調節(jié)儀溫度控制、PID連續(xù)電流輸出溫度顯示調節(jié)儀表溫度控制、PID連續(xù)電壓輸出溫度顯示調節(jié)儀表溫度控制。這些溫度控制方法大都是在工業(yè)生產現(xiàn)場安裝溫度控制儀表，通過提前設定溫度控制的上下限值或PID控制參數(shù)，然后再將控制儀表投入使用，進行各種預定的控制

30、。但若被控對象發(fā)生變化，難于實時的調整控制參數(shù)，不能滿足實時控制的要求，而且溫度變化曲線的一一記錄不易實現(xiàn)?？傊覈碾姕囟鹊目刂圃O備的現(xiàn)狀不容樂觀，主要有以下特點: 小部分比較先進的設備和大部分比較落后的設備并存。由于我國改革開放的發(fā)展，國內引進和生產了少量的比較先進的控制設備，但是，整體上，我國的溫度控制系統(tǒng)比國外發(fā)達國家要落后，占主導地位的是模擬儀表控制，這種系統(tǒng)的控制參數(shù)由人工選擇，需要配置專門的儀表調試人員，費時、費力且不準

31、確?？刂凭纫蕾囉谠囼炚叩恼{節(jié)，控制精度不高，一旦生產環(huán)境發(fā)生變化就需要重新設置。操作不方便，控制數(shù)據(jù)無法保存。因而，對生產工藝的研究很困難，因此造成產品質量低、廢品率高、工作人員的勞動強度大、勞動效率低、這些都縮減了企業(yè)的效益。</p><p>　　由于微機控制系統(tǒng)性能的優(yōu)越性，市場的需求量很大?？刂葡到y(tǒng)對微機的性能需求不是很高，同時由于計算機CPU及外圍功能卡的不斷升級和價格的不斷下降，使得用高檔微機進行控制

32、的成本大為降低，而且也使得大批PC機閑置不用。因此，用高檔微機甚至閑置不用的PC機構成計算機控制系統(tǒng)，具有較高的可行性和經(jīng)濟價值。但是，目前國內的一些生產企業(yè)和研究機構主要開發(fā)一些大型微機控制系統(tǒng)，中小型的控制系統(tǒng)很少見。這方面的缺口較大，市場前景看好。</p><p>　　本設計以溫度控制為研究對象，針對環(huán)境溫度，在比較、研究不同控制策略的基礎上，根據(jù)實際情況通過模擬電路實現(xiàn)溫度控制。本文主要做了以下幾個方面工

33、作：</p><p>　　(l)論述了溫度控制系統(tǒng)的課題目的、意義，當前計算機測控系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)及本論文的主要內容并對溫度控制特點進行了簡要分析。</p><p>　　(2)介紹溫度測量過程相關知識。</p><p>　　(3) 介紹溫度比較控制過程相關知識。 </p><p>　　(4)設計溫度控制的實際電路。</p><

34、;p>　　(5)對結果進行系統(tǒng)分析與總結 </p><p><b>　　1 溫度控制電路</b></p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　（1）對環(huán)境溫度能夠進行測量和顯示。</p><p>　?。?）對溫度控制能達到基本要求。</p><p>

35、;　　1.2 方案選擇與論證</p><p>　　方案一：單片機溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)組成：通過系統(tǒng)硬件電路由溫度檢測，信號放大A/D轉換 單片機與鍵盤、顯示器，可控硅電路等部分組成。系統(tǒng)結構圖見下圖。</p><p>　　原理：在溫控系統(tǒng)中 ,需要將溫度的變化轉換為對應的電信號的變化 ,由于熱電偶的結構簡單 ,制造容易 ,測量范圍廣,在高溫測量中

36、有較高的精度 ,所以選用熱電偶做熱電傳感器，熱電偶把測量的電烤箱溫度信號轉換成弱電壓信號 ,經(jīng)過信號放大電路 ,送入低通濾波電路主器件 ,以消除噪音和干擾 ,濾波后的信號輸人到轉換器轉換成數(shù)字信號輸入主機單片機主機對電烤箱溫度和設定溫度進行比較后輸出控制脈沖 ,該控制脈沖與單穩(wěn)態(tài)同步觸發(fā)器輸出的同步脈沖送人控制門與非門 ,門電路信號輸人熱電偶管轉換成電流信號 ,經(jīng)過三級放大電路輸人可控硅的門極 ,可控硅導通由程序控制同步觸發(fā)脈沖的來臨時

37、間 ,從而控制可控硅的通斷時間 ,以達到對電烤箱加熱絲溫度的調節(jié)和功率的改變 ,實現(xiàn)對環(huán)境溫度控制。但該控制方案雖精度較高，但電路較為復雜，制作困難，易受干擾。</p><p>　　方案二：模擬電路溫度控制系統(tǒng)</p><p><b>　　原理：</b></p><p>　　以模擬電路為主，通過溫度-電壓的對應關系通過電壓比較器控制可控硅，從而

38、控制電熱元件來達到控制溫度的目的。</p><p>　　LM35是一種內部電路已校準的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比根據(jù)LM35的輸出特性可知，當溫度在0-150°C之間變化時，其輸出端對應的電壓為0-150V，可通過芯片ICL7107及相關電路組成顯示部分。</p><p>　　通過電位器控制輸出可變電壓值，該電壓值與控制溫度相對應。通過該電位器的輸出電壓與環(huán)境對應

39、電壓LM35的輸出通過電壓比較器比較后控制可控硅控制電熱元件，并通過一定的校正電路從而達到較高精度的溫度控制。由于采用模擬電路的控制方法，可能在電路制作過程中的調節(jié)和校正會遇到一定的問題，但通過校正電路的調節(jié)，相信會達到預期的控制精度。</p><p>　　為了解決日常生產生活中的溫度控制問題，本著達到鍛煉檢驗所學知識的目的，考慮到實際實驗條件、經(jīng)費、人力、個人知識程度等各方面的限制，本設計采用第二種實現(xiàn)方式，以

40、模擬電路為主，使用優(yōu)于用開爾文標準的LM35線性溫度傳感器。通過溫度與電壓的對應關系達到對溫度的控制目的。通過本次設計，達到對所學知識的掌握鞏固與檢測的目的。</p><p>　　2基于模擬電路的溫度控制電路</p><p>　　2.1溫度信號檢測及顯示部分</p><p>　　LM35是一種內部電路已校準的集成溫度傳感器，線性度好，靈敏度高，精度適中．其輸出電壓與

41、攝氏溫度成正比，輸出靈敏度為10.0MV／℃，精度達0.5℃．其測量范圍為-55——150℃。在靜止溫度中自熱效應低(0.08℃)．工作電壓較寬，可在4——20V的供電電壓范圍內正常工作，且耗電極小，工作電流一般小于60uA．輸出阻抗低，在1MA負載時為0.1Ω。根據(jù)LM35的輸出特性可知，當溫度在0——150℃之間變換時，其輸出端對應的電壓為0——150V，此電壓經(jīng)電位器W3分壓后送到3位半數(shù)字顯示表頭(由ICL7107及有關電路組成

42、)的檢測信號輸入端．在輸入端輸入的電壓為150V時，通過調節(jié)電位器使顯示的數(shù)值為150.0,經(jīng)調整后數(shù)顯表頭顯示的數(shù)值就是實測的溫度值。原理圖如下：</p><p><b>　　2.2溫度控制部分</b></p><p>　　溫度控制選擇可通過電位器W2來實現(xiàn)，電位器W1為預控溫度調節(jié)，通過電壓比較器的的輸出端控制可控硅的通斷控制電熱元件的導通，達到控制環(huán)境溫度的目的

43、。</p><p>　　2.3 所用器件介紹</p><p>　　2.3.1 精密攝氏溫度傳感元件LM35</p><p>　　LM35系列是精密集成電路溫度傳感器，它們的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，因而LM35有優(yōu)于用開爾文標準的線性溫度傳感器，LM35無需外部校準或微調來提供±1/4℃的常用的室溫精度，在-55～+150℃溫度范圍內為±3/

44、4℃，LM35的額定工作溫度范圍為-55～+150℃，同時LM35C在-40℃到+110℃之間（-10℃用于改進度）。</p><p>　　電壓溫度轉換公式如式：</p><p>　　0°C 時輸出為0V，每升高1°，輸出電壓增加10mV。</p><p>　　LM35有多種不同封裝型式，外觀如圖所示。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其接

45、腳如圖所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜止電流溫度關系如圖所示，在靜止溫度中自熱效應低(0.08℃)，單電源模式在25°C下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4—20V的供電電壓范圍內正常工作非常省電。</p><p>　　LM35主要特點：　?。?）直接用攝氏溫度校準（2）線性+10.0mV/℃比例因數(shù)；　?。?）保證0.5℃精度（在+25℃時）；　?。?）-55～+

46、150℃額定范圍；　?。?）適用于遙控設備；　　（6）因晶體片微調而低費用；　?。?）工作在4～30V；　?。?）小于60μA漏泄電流；　?。?）較低自熱，在靜止空氣中0.08℃；　 （10）只有±1/4℃非線性值；　　（11）低阻抗輸出，1mA負載時0.1Ω</p><p>　　2.3.2三位半LED顯示A/D轉換器ICL7107</p><p>　　ICL71

47、07是高性能，低功耗的三維半A/D轉換電路。它包含有段譯碼器，顯示驅動器，參考源和時鐘系統(tǒng)?？芍苯域寗影l(fā)光二極管（LED）。ICL7107將高精度、通用性很好的結合在一起，有低于10μV的自動效零功能，零漂小于1μ V /°C。</p><p><b>　　主要特點：</b></p><p>　　(1)保證零電平輸入時，各兩量程的讀值均為零</p>

48、;<p><b>　　(2)很低的噪聲</b></p><p>　　(3)差動輸入和差動參考源，直接LED顯示驅動</p><p>　　(4)不需外接有源電路</p><p><b>　　(5)低功耗</b></p><p><b>　　管教排列如圖：</b>&l

49、t;/p><p><b>　　功能說明：</b></p><p><b>　　1模擬部分：</b></p><p><b>　　2自動效零階段</b></p><p>　　分為三步驟。第一，內部高端輸入和低端輸入與外部管腳脫開，在內部與模擬公共管腳端接。第二：參考電容充電到參考電壓

50、值第三,圍繞整個系統(tǒng)過程一個閉合回路，對自動效零電容CAZ進行充電，以補償緩沖放大器、積分器和比較器的失調電壓。</p><p><b>　　3差動參考源</b></p><p>　　參考電壓能夠在轉換器的電源電壓范圍內的任意位置上產生。共模誤差的主要來源是翻轉電壓，這是由于參考電容對其接點上的分布電容充電或放電而造成的。如果有以較大的共模電壓，在正電壓輸入下進行反向

51、積分時，參考電容回充電（電壓增加）。反之，在負電壓如上進行反向積分時，參考電容會失去電荷。這種由于正負輸入電壓而在參考電容上造成的電壓差異會導致翻轉誤差。 </p><p>　　4采用外部參考源接法</p><p><b>　　5顯示部分</b></p><p>　　3 溫度信號的檢測和信號調整</p><p>　　3.

52、1溫度測量及信號調理電路的設計</p><p>　　3.1.1選用合適的傳感器</p><p>　　溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類。所謂接觸式就是傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量，這是溫度測量的基本形式。而非接觸方式是遙測，主要是紅外測溫，這是接觸方式做不到的。紅外測溫是通過測量物體熱輻射發(fā)出的紅外線，從而測量物體的溫度，紅外輻射的物理本質是熱輻射。熱輻射是由于內外原因使物體

53、內部帶電粒子不斷運動，使物體具有一定溫度(高于絕對零度)而產生懂得一種熱輻射現(xiàn)象。雖然紅外測溫傳感器有諸多的優(yōu)點，但其市場價格昂貴LM35集成溫度傳感器接觸式熱電型的溫度傳感器，它將溫度信號轉換成電勢信號，可以實現(xiàn)溫度的測量和溫度信號的轉換。</p><p>　　LM35溫度傳感器 LM35是NS公司生產的集成電路溫度傳感器系列產品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例

54、。因而，從使用角度來說， LM35與用開爾文標準的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無需外部校準或微調，可以提供±1/4℃的常用的室溫精度。它在工程實際中的應用非常廣泛,能用來測量點的溫度和壁面溫度，也能用來進行動態(tài)溫度測量。</p><p>　　LM35有明顯的優(yōu)點:</p><p>　?。?）結構簡單，制造方便，價格便宜;</p><p>　?。?/p>

55、2）測溫精度較高，高溫區(qū)的復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好</p><p>　?。?）由于測溫顯示電信號，便于訊號的遠傳和記錄，也有利于集中檢測和控制;</p><p>　　3．1.2信號調整天路設計</p><p>　　LM35是一種內部電路已去噪校準放大的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比，輸出端電壓信號基本滿足本設計的需求。本處介紹另一種信號去噪放大方法。原理圖如下：

56、</p><p>　　這里我們采用高靈敏度高增益低漂移的集成運算放大器AD707J。其中R3和C1組成低通濾波器，時間常數(shù)越大，消除噪音效果越好，但響應的速度變慢。另外，R3增大，運放的輸入偏置電流要產生偏置電壓，因此，R3不能過大。</p><p><b>　　AF=1+</b></p><p>　　3.2溫度測量的誤差分析</p>

57、;<p>　　LM35溫度傳感器是常用的傳感器之一。使用溫度傳感器不可避免地存在測量誤差，引起該測量溫誤差的原因是多方面的，下面介紹可能存在的幾個主要原因:</p><p><b>　?。?）傳熱誤差</b></p><p>　　測溫時，必然會通過熱敏元件進行熱量交換，有傳熱現(xiàn)象存在，LM35工作端所感受的溫度就不能完全正確反映被測環(huán)境的溫度，存在誤差，

58、通過信號放大，該誤差進一步增大從而引起測量誤差。</p><p><b>　　（2）動態(tài)誤差</b></p><p>　　被測對象溫度變化后，測溫儀表來不及立即指出變化了的溫度，從而引起讀數(shù)誤差。對于快速變化的溫度，由于測溫元件的熱惰性，動態(tài)誤差可能很大。</p><p><b>　?。?）線路電阻誤差</b></p

59、><p>　　線路中電阻對信號傳導的影響都會引起測溫誤差。</p><p>　　所有各種測溫誤差，最終都集中反映在E-t關系上。因此，對各種誤差的大小必須針對某一具體問題進行分析，從中抓住主要矛盾，以便提高測量精度。</p><p>　　4 溫度控制電路的設計</p><p><b>　　4.1 控制電路</b></

60、p><p>　　本設計的控制電路分為三個部分：</p><p>　　溫度控制部分、預控部分、電熱元件控制部分</p><p><b>　　電路原理圖如下：</b></p><p><b>　　溫度控制部分：</b></p><p>　　溫度控制選擇可通過電位器W2來實現(xiàn)．通過調節(jié)

61、W2可使其中間頭的電壓在0——1.65V之間的范圍內變換，對應的控制溫度范圍為0——165℃，完全可以滿足一般的加熱需要。將開關K打在2的位置，電位器W2中間頭的電壓經(jīng)過電壓跟隨器A后送到數(shù)顯表頭輸入端來顯示控制溫度數(shù)值． 調節(jié)電位器W2，數(shù)顯表頭所顯示的數(shù)值隨之變化，所顯示的溫度數(shù)值即為控制溫度值．</p><p><b>　　溫度預控部分：</b></p><p>

62、;　　電位器W1為預控溫度調節(jié)，其電壓調節(jié)范圍為0——0.27V，對應可調節(jié)溫度范圍為0——27℃．</p><p><b>　　電熱元件控制部分：</b></p><p>　　W1電位器調整后，其中間抽頭的電壓與電位器W2中間抽頭的電壓分別送入比較放大器B(放大倍數(shù)為1）的反相及同相輸入端，B輸出端的電壓為二輸入電壓之差．此電壓對應兩個設定的溫度值之差．例如將W1調

63、至0.10V，對應溫度10℃；將W調至O.80V，對應溫度80℃．B的輸出電壓為0.70V，表示溫度70℃．此電壓與集成溫度傳感器輸出的電壓送到電壓比較器C中進行電壓比較． 當LM35輸出的電壓小于B的輸出電壓時，C輸出高電乎，可控硅T1因獲得偏流一直導通，交流220V直接加在電熱元件兩端，進行大功率快速加熱． 當LM35輸出的電壓大于B的輸出電壓而小于A的輸出電壓時，表明實際溫度已接近控制溫度，C輸出低電平，可控硅T1因無偏流處于截止

64、狀態(tài)，電壓比較器D輸出高電平，可控硅T2仍處于導通狀態(tài)，交流220V需要通過二極管D2加在電熱元件兩端，進行小功率慢速加熱(此時的加熱功率僅為原來的25%)． 當實際溫度上升到80℃以上時，LM35的輸出電壓大于0.80V，電壓比較器D輸出低電平，可控硅T2也截止，電熱元件斷電． 由于此時加熱功率較小，加上散熱作用，溫度不會大幅度上升,其實際溫度在控制溫度左右一個很</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)中的電壓

65、比較技術</p><p>　　4.2.1比較器的工作原理</p><p>　　比較器是由運算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運算放大器的一種應用電路。由于比較器電路應用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。圖1(a)由運算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA經(jīng)分壓器R2、R3分壓后接在同相端，VB通過輸入電阻R1接在反相端，RF為反饋電阻，若不考慮輸入失調電壓，則其輸出電壓

66、Vout與VA、VB及4個電阻的關系式為：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，則Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1為放大器的增益。當R1=R2=0(相當于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相當于R3、RF開路)時，Vout=∞。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖1(b)的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實際上，運放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益

67、并非無窮大，而Vout輸出是飽和電壓，它小于正負電源電壓，也不可能是無窮大。   從圖4中可以看出，比較器電路就是一個運算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖5所示。如果圖5中RF=∞，R1=0時，它就變成與圖3(b)一樣的比較器電</p><p>　　4.2.2電壓比較器</p><p>　　電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小(也有

68、兩個數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并判斷出其中哪一個電壓高，如圖1所示。圖1(a)是比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端(“+” 端) 及反相輸入端(“-”端)，有一個輸出端Vout(輸出電平信號)。另外有電源V+及地(這是個單電源比較器)，同相端輸入電壓VA，反相端輸入VB。VA和VB的變化如圖1(b)所示。在時間0～t1時，VA>VB；在t1～t2時，VB>VA；在t2～t3時，VA>VB。在這種情況下，Vout的輸

69、出如圖1(c)所示：VA>VB時，Vout輸出高電平(飽和輸出)；VB>VA時，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。   如果把VA輸入到反相端，VB輸入到同相端，VA及VB的電壓變化仍然如圖1(b)所示，則Vout輸出如圖1(d)所示。與圖1(c)比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與VA、VB的輸入端有關。  圖2(a)是雙電源(正負電源)供電的比較器

70、。如果它的VA、VB輸入電壓如圖1(b)那樣，它的輸出特性如圖2(b)所示。VB>VA時，Vout輸出飽和負電壓。</p><p>　　如果輸入電壓VA與某一個固定不變的電壓VB相比較，如圖3(a)所示。此VB稱為參考電壓、基準電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是0V(地電平)，如圖3(b)所示，它一般用作過零檢測。 </p><p>　　4.2.3比較器與運放的差別 &l

71、t;/p><p>　　運放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運放的開環(huán)增益更高，輸入失調電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高(使比較器響應速度更快)。另外，比較器的輸出級常用集電極開路結構，如圖6所示，它外部需要接一個上拉電阻或者直接驅動不同電源電壓的負載，應用上更加靈活。但也有一些比較器為互補輸出，無需上拉電阻。</p><p>　　這里順便要指出的是，比較器電路本身也有技術指

72、標要求，如精度、響應速度、傳播延遲時間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運放的參數(shù)相同。在要求不高時可采用通用運放來做比較器電路。如在A/D變換器電路中要求采用精密比較器電路。  由于比較器與運放的內部結構基本相同，其大部分參數(shù)(電特性參數(shù))與運放的參數(shù)項基本一樣(如輸入失調電壓、輸入失調電流、輸入偏置電流等)。</p><p>　　5顯示電路的設計 </p><p>

73、;　　5.1 顯示電路原理 </p><p>　　ICL7107是高性能，低功耗的三維半A/D轉換電路。它包含有段譯碼器，顯示驅動器，參考源和時鐘系統(tǒng)?？芍苯域寗影l(fā)光二極管（LED）。</p><p>　　5.2 顯示電路設計</p><p>　　38、39、40引腳外接震蕩電路，使用100KΩ的震蕩電阻，震蕩電容f=,在45KHz震蕩頻率時（每秒讀3次），C

74、=100pF.</p><p><b>　　6總結</b></p><p><b>　　6.1干擾分析</b></p><p>　　干擾就是有用信號以外的噪聲以及造成電路設備不能正常工作的破壞因素。控制系統(tǒng)的好壞往往取決于其抗干擾能力的強弱。好的控制系統(tǒng)不僅要求其各環(huán)節(jié)的設計和配置具有完備的功能，而且要求其具有良好的抗干擾

75、性和穩(wěn)定性，否則再完善的系統(tǒng)和功能設計，抗干擾性能不好，亦將前功盡棄。</p><p>　　6.1.1系統(tǒng)干擾的來源</p><p>　　干擾的來源一般可以分為內部干擾和外部干擾。內部干擾通常是由于系統(tǒng)自身結構設計的不合理、制造工藝的缺陷等造成的，比如系統(tǒng)分布電容、分布電感引起的藕合感應，對點接地造成電位差引起的干擾等。而外部干擾都是由外界環(huán)境因素決定的，典型的有輸電線和電氣設備發(fā)出的電磁

76、場，通信廣播發(fā)出的無線電波，濕度等氣象條件。在抗干擾技術方面，根據(jù)以往的經(jīng)驗，采取硬件措施一般可以將絕大部分干擾拒之門外。 </p><p>　　6.1.2測控單元硬件抗干擾措施</p><p>　?。?）波波器是硬件抗干擾經(jīng)常使用并且效果明顯的器件。使用最多的是低通濾波器，一般使用RC濾波器，它能夠很好的抑制信號傳輸線路中的高頻噪聲和抑制工頻干擾，起到良好的抗干擾作用。本設計顯示單元為了

77、減小噪聲信號、工頻信號以及突發(fā)尖脈沖等干擾信號的影響，采用低通濾波電路，以高系統(tǒng)的可靠性;</p><p>　　（2）在測控單元中，電子線路采用的都是手工焊接的方式，在設計和制作電路時時從下列幾個方面加以了考慮：</p><p>　　在結構布局上，數(shù)字電路、模擬電路、大電流器件和噪聲源器件（如繼電器）等分開放置。對于頻率很高的時鐘電路，盡量靠近腳放置，使時鐘線盡量短。布線時，電源線、地線的

78、走向與數(shù)據(jù)線傳遞的方向一致，增強系統(tǒng)抗噪聲的能力。盡量避免長距離的平行走線，以防它們之間相互串擾;拐角處應為斜線，避免直角。</p><p><b>　　6.2電路的調試</b></p><p>　　(1)對溫度檢測電路進行調試</p><p>　　首先對LM35的溫度-電壓輸出端進行測量，調試確定有輸出信號后繼續(xù)調試電路</p>

79、<p>　?。?）對溫度顯示電路進行調試</p><p>　　對ICL7107芯片的信號輸入電路，振蕩電路、接地點，輸出引腳進行調試。測試是否有相應輸入輸出</p><p>　　（3）對溫度控制電路調試 </p><p>　　首先對溫度預控電路調試。</p><p>　　其次對電壓跟隨器進行調試。</p><p

80、>　　再次對電壓比較器電路調試</p><p>　?。?）對可控硅電熱元件電路進行調試</p><p><b>　　6.3總結與改進</b></p><p>　　整個設計主要分為三個步驟完成:尋找設計溫度控制電路方案，確定電路結構原理；查找應用元件相關資料；完成硬件電路制作與調試;在設計的研究制作過程中，遇到了很多困難:由于欠缺做電路的經(jīng)

81、驗，在做硬件時遇到了很多困難，繞了很多彎路。由于時間人力和條件的限制，本設計還存在一些不足之處，需要進一步的改進和完善:</p><p>　　系統(tǒng)調試校準過程不足，需要進一步調試校準。</p><p>　　LM35的準確定和穩(wěn)定性在本設計中體現(xiàn)的并不好，LM35芯片的輸出引腳會出現(xiàn)沒有信號的現(xiàn)象，影響了本設計的預期結果</p><p>　　對模數(shù)混合的電路，去干擾是

82、十分重要的環(huán)節(jié)，本設計沒能對抗干擾工作做好</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　胡翔俊.電路分析.北京：高等教育出版社,2000</p><p>　　譚博學.集成電路原理.北京:電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　曾興雯.高頻電子線路.北京:高等教育出版社,2004</p&g

83、t;<p>　　4、 陳花玲.機械工程測試技術.北京: 機械工業(yè)出版社,2002</p><p>　　5、 黃賢武.傳感器原理與應用第二版.成都:電子科技大學出版,2004</p><p>　　6、 趙繼文.傳感器與應用電路設計.北京:科學出版社,2003</p><p>　　7、 范茂言.溫度傳感器的選擇與使用[J] 電子產品世界 2000(7):1

84、9-20</p><p>　　8、 A Robust Stabilization Problem of Control System and Its Application to Backing up Control of a Trucktrailer [J].IEEE Trans on Fuzzy System.1994,2(1):199-134</p><p>　　9、Huibert

85、Kwakemaak. Robust Control and H-infinity optimization-tutorial paper.Automatica,1993,29(2):255-273</p><p>　　10、 沙占友.智能化集成溫度傳感器原理與應用.北京:機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　11、 王健石.工業(yè)熱電偶及補償導線技術手冊.北京:中國計量出版社，200

86、3</p><p>　　12、 趙繼文.傳感器與應用電路設計.北京:科學出版社,2002</p><p>　　13、 劉君華.現(xiàn)代檢測技術與測試系統(tǒng)設計.西安:西安交通大學出版社,1999</p><p>　　14 楊寶清.宋文貴.實用電路手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2002</p><p>　　15、 王兆安等.電力電子技術.北京:機械

87、工業(yè)出版社,2000</p><p>　　16、 丁道宏.電力電子技術(修訂版).北京:航空工業(yè)出版社,1999</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　原理圖：</b></p><p><b>　　PCB版圖</b></p>&l

88、t;p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　電阻</b></p><p><b>　　電容</b></p><p>　　放大器LM358 4個</p><p>　　ICL7107 1個</p>

89、<p>　　二極管 1個</p><p>　　穩(wěn)壓二極管 1個</p><p>　　三位半共陽極數(shù)碼管 1個</p><p>　　雙向可控硅 2個</p><p>　　電位器 4個</p><p>　　電熱元件

90、 1個</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　書山尋徑，學海泛舟。轉眼四年大學生活即將結束。在這段緊張而繁忙的學習期間，時時感受到電氣信息工程學院的老師們無私耕耘的辛勞。在深得教誨的同時，也體味到知識給予的力量與快樂。這里向老師們表示深深的謝意。</p><p>　　本文從課題的選定、資料的準備、

91、研究和調試直至論文的修改潤色等各個環(huán)節(jié)都得到了導師***的悉心指導。在設計制作過程中*老師給了我很大的幫助，給了我很多很多指導，她嚴謹?shù)淖黠L、務實的精神和淵博的知識，讓我受益頗多。</p><p>　　感謝學院的各位領導、老師正是由您們的幫助，使得本課題在規(guī)定的時間內按要求得以完成。</p><p>　　感謝班主任***老師，他在四年大學生活中的關心和鼓勵，是我不斷前進的動力。</p