二極管溫度傳感器課程設計報告

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　題 目： 溫度測控電路設計 </p><p>　　課 程： 模擬電子電路實習 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程

2、 </p><p>　　班 級： 10級電信（1）班 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p>

3、<p><b>　　總 目 錄</b></p><p>　　第一部分：任務書 </p><p>　　第二部分：課程設計報告</p><p>　　第三部分：設計電路圖</p><p><b>　　第 一 部 分</b></p><p><b>　　任&

4、lt;/b></p><p><b>　　務</b></p><p><b>　　書</b></p><p>　　《傳感器與測控電路課程實習》課程設計任務書</p><p>　　課題：基于測溫二極管傳感器的溫度測控電路設計</p><p>　　溫度是一個與人們的生活環(huán)境

5、、生產(chǎn)活動密切相關，也是儀器科學和各類工程設計中必須精確測定的重要物理量。隨著科學技術的發(fā)展，使得測溫技術迅速發(fā)展，測溫范圍不斷拓寬，測溫精度不斷提高，新的溫度傳感器不斷出現(xiàn)，如光纖溫度傳感器、微波溫度傳感器、超聲波溫度傳感器等。由于檢測溫度的傳感器種類不同，采用的測量電路和要求不同，執(zhí)行器、開關等的控制方式不同，所以相應的硬件和軟件也就不同。</p><p>　　但對于初次涉足電子產(chǎn)品的設計、制作來說，了解并實

6、踐一下傳感器選擇與測控電路的設計、制作的基本過程是很有必要的。由于所涉及的知識面很廣，相應的具體內容請參考本文中提示的《傳感器原理及應用》，《測控電路》，《模擬電子技術基礎實驗與課程設計》，《電子技術實驗》等書的有關章節(jié)。</p><p>　　一、基于測溫二極管傳感器的溫度測量控制電路設計簡介</p><p>　　應用1N4148二極管的溫度傳感器與集成運放設計溫度測量與控制控電路，測量溫

7、度的范圍為-40℃～125℃，工作電路輸出二值輸出；電路輸出控制繼電器工作，實現(xiàn)加熱與制冷的轉換控制，把控制對象溫度控制在要求的范圍之內（-40℃～125℃）。要求測控電路具有加熱和制冷的指示功能。</p><p>　　二、基于測溫二極管傳感器的溫度測控電路設計的工作原理</p><p>　　本課題中測量控制電路組成框圖如下所示：</p><p>　　電路工作過程為

8、：由二極管IN4148作為溫度傳感器采集溫度信號，經(jīng)差動放大后，送到預先調試好的相關溫度控制比較電路進行比較，當溫度低于控制溫度下限值時，紅色發(fā)光二極管亮，繼電器1動作，控制加熱器開始加熱。當溫度高于控制溫度上限值時，綠色發(fā)光二極管亮，</p><p>　　繼電器2動作，控制制冷器開始制冷。當溫度在設定溫度上下限之間時，紅色和綠色發(fā)光二極管全熄滅，繼電器全斷開，不加熱也不制冷。因此從以上不同的狀態(tài)顯示就可以知道溫

9、度情況及溫度控制情況。</p><p><b>　　注意事項</b></p><p>　　為避免測溫二極管本身通電產(chǎn)生的溫度升高對測溫的影響，電路設計時注意不要使通過</p><p>　　測溫元件的電流超過1mA。</p><p><b>　　三、設計目的</b></p><p&

10、gt;　　通過設計了解如何運用電子技術來實現(xiàn)溫度測量和控制任務，完成溫度測量和控制電路的連接和調試，學會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析電路設計、調試方面問題和解決問題的能力。</p><p>　　1、掌握傳感器選擇的一般設計方法；</p><p>　　2、掌握模擬IC器件的應用；</p><p>　　3、掌握測量電路的設計方法

11、；</p><p>　　4、培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力。</p><p>　　四、設計要求及技術指標</p><p>　　1、設計、組裝、調試測控電路；</p><p>　　2、溫度控制范圍：-40～125℃；</p><p>　　3、使用環(huán)境溫度：常溫 </p><p>　　4、輸出

12、信號：二值輸出控制繼電器工作；</p><p>　　5、溫度范圍控制，制熱和制冷指示功能；</p><p>　　6、非線性誤差：±1％。</p><p>　　五、設計所用儀器及器件</p><p><b>　　1．直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　2．萬用表&l

13、t;/b></p><p><b>　　3．運放LM324</b></p><p>　　4．電阻、電容若干、紅、綠發(fā)光二極管</p><p>　　5．溫度傳感器1N4148</p><p><b>　　6．萬能電路板</b></p><p><b>　　7．電

14、烙鐵等</b></p><p><b>　　六、日程安排</b></p><p>　　1．布置任務、查閱資料，方案設計；　　（2天）</p><p>　　根據(jù)設計要求，查閱參考資料，進行方案設計及可行性論證，確定設計方案，畫出電路圖。</p><p>　　2．上機用EDA軟件對設計電路進行模擬仿真調試；

15、 （2天）</p><p>　　要求在虛擬儀器上觀測到正確的波形并達到規(guī)定的技術指標。</p><p>　　3．電路的裝配及調試；　　（3天）</p><p>　　在萬能板上對電路進行裝配調試，使其全面達到規(guī)定的技術指標，最終通過驗收。</p><p>　　4．總結撰寫課程設計報告。 （1天）</p><p>　

16、　七、課程設計報告內容：</p><p>　　總結設計過程，寫出設計報告，設計報告具體內容要求如下：</p><p>　　1．課程設計的目和設計的任務</p><p>　　2．課程設計的要求及技術指標</p><p>　　3．總方案的確定并畫出原理框圖。</p><p>　　4．各組成單元電路設計，及電路的原理、工作特

17、性(結合設計圖寫) </p><p>　　5．總原理圖，工作原理、工作特性（結合框圖及電路圖講解）。</p><p>　　6．電路安裝、調試步驟及方法，調試中遇到的問題，及分析解決方法。</p><p>　　7．實驗結果分析，改進意見及收獲。</p><p><b>　　8．體會。</b></p><

18、p>　　八、電子電路設計的一般方法：</p><p>　　1．仔細分析產(chǎn)品的功能要求，利用互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱資料，從中提取相關和最有價值的信息、方法。</p><p>　?。?）設計總體方案。</p><p>　　（2）設計單元電路、選擇傳感器、測量電路元器件、根據(jù)需要調整總體方案</p><p>　?。?）計算電路（元件）參數(shù)。&

19、lt;/p><p>　?。?）繪制總體電路初稿</p><p>　　（5）上機在EDB（或EDA）電路實驗仿真。</p><p>　　（6）繪制總體電路。</p><p>　　2．明確電路圖設計的基本要求進行電路設計。并上機在EDB（或EDA）上進行電路實驗仿真，電路圖設計已有不少的計算機輔助設計軟件，利用這些軟件可顯著減輕了人工繪圖的壓<

20、/p><p>　　力，電路實驗仿真大大減少人工重復勞動，并可幫助工程技術人員調整電路的整體布局，減少電路不同部分的相互干擾等等。</p><p>　　3．掌握常用元器件的識別和測試。電子元器件種類繁多，并且不斷有新的功能、性能更好的元器件出現(xiàn)。需要通過互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱它們的識別和測試方法。對于常用元器件，不少手冊有所介紹。</p><p>　　4、熟練使用儀表，了

21、解電路調試的基本方法。通過排除電路故障，提高電路性能的過程，鞏固理論知識,提高解決實際問題的能力。</p><p>　　5、獨立撰寫課程設計報告。</p><p><b>　　第 二 部 分</b></p><p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b>

22、</p><p><b>　　設</b></p><p><b>　　計</b></p><p><b>　　報</b></p><p><b>　　告</b></p><p><b>　　目 錄</b>

23、</p><p>　　1課題簡介………………………………………………………（1）</p><p>　　2設計要求及技術指標…………………………………………（2）</p><p>　　2.1課程設計的目的和設計的任務…………………………………………………（2）</p><p>　　2.2課程設計的要求及技術指標……………………………………………

24、………（2）</p><p>　　3總方案及原理框圖…………………………………………………………（3）</p><p>　　4各組成部分的工作原理……………………………………………………（4）</p><p>　　5電路的設計、電路各部分工作特性及元件的作用………………（6）</p><p>　　6總原理圖………………………………………………

25、………………………（8）</p><p>　　7電路安裝、調試步驟及方法………………………………………………（9）</p><p>　　8實驗結果分析………………………………………………………………（10）</p><p>　　9改進意見、收獲、體會、設計總結…………………………………（11）</p><p>　　10儀器儀表清單………………

26、………………………………………………（12）</p><p>　　參 考 文 獻……………………………………………………………………（13）</p><p><b>　　1課題簡介</b></p><p>　　溫度是一個與人們的生活環(huán)境、生產(chǎn)活動密切相關，也是儀器科學和各類工程設計中必須精確測定的重要物理量。隨著科學技術的發(fā)展，使得測溫技術迅速

27、發(fā)展，測溫范圍不斷拓寬，測溫精度不斷提高，新的溫度傳感器不斷出現(xiàn)，如光纖溫度傳感器、微波溫度傳感器、超聲波溫度傳感器等。由于檢測溫度的傳感器種類不同，采用的測量電路和要求不同，執(zhí)行器、開關等的控制方式不同，所以相應的硬件和軟件也就不同。</p><p>　　但對于初次涉足電子產(chǎn)品的設計、制作來說，了解并實踐一下傳感器選擇與測控電路的設計、制作的基本過程是很有必要的。由于所涉及的知識面很廣，相應的具體內容請參考本文

28、中提示的《傳感器原理及應用》，《測控電路》，《模擬電子技術基礎實驗與課程設計》，《電子技術實驗》等書的有關章節(jié)。</p><p>　　應用1N4148二極管的溫度傳感器與集成運放設計溫度測量與控制控電路，測量溫度的范圍為-65℃～200℃，工作電路輸出二值輸出；電路輸出控制繼電器工作，實現(xiàn)加熱與制冷的轉換控制，把控制對象溫度控制在要求的范圍之內（40℃～60℃）。要求測控電路具有加熱和制冷的指示功能。</p

29、><p>　　2設計要求及技術指標</p><p>　　2.1課程設計的目的和設計的任務</p><p>　　通過設計了解如何運用電子技術來實現(xiàn)溫度測量和控制任務，完成溫度測量和控制電路的連接和調試，學會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析電路設計、調試方面問題和解決問題的能力。</p><p>　　1.掌握傳感

30、器選擇的一般設計方法</p><p>　　2.掌握模擬IC器件的應用</p><p>　　3.掌握測量電路的設計方法</p><p>　　4.培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐的能力</p><p>　　2.2課程設計的要求及技術指標</p><p>　　1.設計、組裝、調試測控電路</p><p>

31、;　　2.溫度控制范圍：-40～125℃</p><p>　　3.使用環(huán)境溫度：常溫</p><p>　　4.輸出信號：二值輸出控制繼電器工作</p><p>　　5.溫度范圍控制，制熱和制冷指示功能</p><p>　　6.非線性誤差：±1％</p><p><b>　　3總方案及原理框圖<

32、/b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　方案二：本課題中測量控制電路組成框圖如下所示：</p><p>　　電路工作過程為：由二極管IN4148作為溫度傳感器采集溫度信號，經(jīng)差動放大后，送到預先調試好的相關溫度控制比較電路進行比較，當溫度低于控制溫度下限值時，紅色發(fā)光二極管亮，繼電器1動作，控制加熱器開始

33、加熱。當溫度高于控制溫度上限值時，綠色發(fā)光二極管亮，繼電器2動作，控制制冷器開始制冷。當溫度在設定溫度上下限之間時，紅色和綠色發(fā)光二極管全熄滅，繼電器全斷開，不加熱也不制冷。因此從以上不同的狀態(tài)顯示就可以知道溫度情況及溫度控制情況。</p><p><b>　　注意事項</b></p><p>　　為避免測溫二極管本身通電產(chǎn)生的溫度升高對測溫的影響，電路設計時注意不要

34、使通過</p><p>　　測溫元件的電流超過1mA。</p><p>　　4各組成部分的工作原理</p><p>　　4.1轉換電路：將二極管IN4148采集的溫度信號轉換成電信號。</p><p>　　4.2差動放大器：由于電信號非常微弱，需要將電信號放大處理。</p><p>　　4.3同相比較器：當溫度低于控制

35、溫度下限值時，紅色發(fā)光二極管亮，繼電器1動作，控制加熱器開始加熱。</p><p>　　4.4反向比較器：當溫度高于控制溫度上限值時，綠色發(fā)光二極管亮，繼電器2動作，控制制冷器開始制冷。</p><p>　　5電路的設計、電路各部分工作特性及元件的作用</p><p>　　5.1仔細分析產(chǎn)品的功能要求，利用互連網(wǎng)、圖書、雜志查閱資料，從中提取相關和最有價值的信息、方

36、法。</p><p><b>　　1.設計總體方案</b></p><p>　　2.設計單元電路、選擇傳感器、測量電路元器件、根據(jù)需要調整總體方案</p><p>　　3.計算電路（元件）參數(shù)。</p><p>　　4.繪制總體電路初稿</p><p>　　5.上機在EDB（或EDA）電路實驗仿真

37、</p><p><b>　　6.繪制總體電路</b></p><p>　　5.2LM324特性：LM324系列運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器。可工作在單電源下，電壓范圍是3.0V-32V或+16V。</p><p><b>　　1.短跑保護輸出</b></p><p><

38、b>　　2.真差動輸入級</b></p><p>　　3.可單電源工作：3V-32V</p><p>　　4.低偏置電流：最大100nA（LM324A）</p><p>　　5.每封裝含四個運算放大器</p><p>　　6.具有內部補償?shù)墓δ?lt;/p><p>　　7.共模范圍擴展到負電源 </

39、p><p>　　8.行業(yè)標準的引腳排列</p><p>　　9.輸入端具有靜電保護功能</p><p>　　5.3 9013三極管特性：9013是一種NPN型硅小功率的三極管它是非常常見的晶體三極管，在收音機以及各種放大電路中經(jīng)?？吹剿?，應用范圍很廣,它是NPN型小功率三極管。</p><p>　　1.集電極電流Ic：Max 500mA</

40、p><p>　　2.工作溫度：-55℃ to +150℃</p><p>　　3.集電極-基極電壓Vcbo：40V</p><p>　　4.主要用途： 放大電路</p><p>　　5.4 IN4148特性：</p><p><b>　　1.反向漏電流小</b></p><p>

41、;　　2.開關速度快3.最大功率耗散500mW4.高穩(wěn)定性和可靠性5.封裝: DO-35 玻璃封裝6.極性: 色環(huán)端為負極7.安裝位置: 任意8.極限值和溫度特性 TA = 25℃ 除非另有規(guī)定</p><p><b>　　6總原理圖</b></p><p>　　7電路安裝、調試步驟及方法</p><p>　　7.1參考電路圖(見上

42、圖)。</p><p><b>　　7.2流程</b></p><p>　　1.安裝U1A及外圍電路。</p><p>　　注意二極管VDl需要焊接兩根長線，引出電路板。</p><p>　　2.安裝U1B及外圍電路。</p><p>　　在室溫下調整RPl，使U1B的輸出UO2為室溫時的電壓輸出

43、(當量為10mV／℃)。將VDl</p><p>　　放入熱水(40～50~C)中，調整RP2，使U1B的輸出UO2正確。注意應反復調整電位器RPl、</p><p>　　RP2，使UO2輸出正確。</p><p>　　3.安裝U1C和U1D及它們控制的繼電器。</p><p>　　調整RP3，使a點的電位對應控制溫度上限值y1；調整RP4，

44、使b點的電位對應控制溫度下限值y2，U1C和U1D分別控制繼電器K1和K2。 </p><p>　　當溫度低于控制溫度下限值y2時，紅色發(fā)光二極管亮，K2繼電器吸合，控制加熱器開</p><p><b>　　始加熱。</b></p><p>　　當溫度高于控制溫度上限值y1時，綠色發(fā)光二極管亮，Kl繼電器吸合，控制制冷器開</p&g

45、t;<p><b>　　始制冷。</b></p><p>　　當溫度在設定溫度上下限之間時，紅色和綠色發(fā)光二極管全熄滅，K1、K2繼電器全斷</p><p>　　開，不加熱也不制冷。因此從以上不同的狀態(tài)顯示就可以知道溫度情況及溫度控制情況。</p><p><b>　　8實驗結果分析</b></p>

46、;<p>　　結論：溫度每降低5℃，電壓值就會升高0.6V左右。</p><p>　　9改進意見、收獲、體會、設計總結</p><p>　　經(jīng)過一個多星期的課程設計，從電路設計到電路板的焊接，調試到最終的完成，我的感受頗多。電路的設計就不是太容易，電阻電容的選取和參數(shù)設置，都要經(jīng)過仔細的計算，焊接電路板時既要保證質量，又要美觀，同時我們也要做到又快又好，都要之前做好充分的準備

47、和計劃，否則實施起來會出現(xiàn)很多意想不到的錯誤。之前的所有工作相比接下來的電路調試，都相差很多了。調試電路時，什么情況都會出現(xiàn)，改變滑動變阻器的阻值時，我們就遇到LED燈毫無變化，自己又實在找不出原因，知道請教其他的同學，才得以解決，遇到困難時，心理還是沒底，我們還得繼續(xù)努力學習，解決各種困難，收獲成功！</p><p><b>　　10儀器儀表清單</b></p><p&

48、gt;　　1.直流穩(wěn)壓電源一臺</p><p><b>　　2.萬用表一臺</b></p><p>　　3.運放LM324一個</p><p>　　4.紅、綠發(fā)光二極管各一個</p><p>　　5.溫度傳感器1N4148一個</p><p><b>　　6.萬能電路板一塊</b&

49、gt;</p><p><b>　　7.電烙鐵等一個</b></p><p>　　8.電阻 24K 1個</p><p><b>　　39K 1個</b></p><p><b>　　10K 3個</b></p><p><b>

50、　　5.1K 4個</b></p><p><b>　　1.5K 1個</b></p><p><b>　　4.7K 1個</b></p><p><b>　　300 1個</b></p><p>　　滑動變阻器 20K 1個</p><p&

51、gt;<b>　　10K 1個</b></p><p><b>　　5K 2個</b></p><p>　　電容 0.1ｕF 1個</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 童詩白主編.《模擬電子技術基礎》(第三版)

52、83;高教出版社.2001</p><p>　　[2] 楊素行主編.《模擬電子線路基礎簡明教程》楊素行(第二版)·高教出版社.1998</p><p>　　[3] 王成華主編.《電子線路基礎教程》.科學出版社.2000</p><p>　　[4] 李萬臣主編.《模擬電子技術基礎實驗與課程設計》(第一版)·哈爾濱工程大學出版社·2001&

53、lt;/p><p>　　[5] 孫梅生主編.<<電子技術基礎課程設計>>.高教出版社.1989</p><p><b>　　第 三 部 分</b></p><p><b>　　設</b></p><p><b>　　計</b></p><