前導(dǎo)課-溫度測量數(shù)顯空控制儀的設(shè)計實現(xiàn)

1、溫度測量數(shù)顯控制儀的設(shè)計實現(xiàn),設(shè)計選題七,第一部分 設(shè)計綜述第二部分 模塊電路設(shè)計第三部分 實驗注意事項,內(nèi)容,第一部分 設(shè)計綜述,設(shè)計背景設(shè)計任務(wù)設(shè)計目的設(shè)計要求與指標(biāo)設(shè)計思路設(shè)計框圖,設(shè)計背景,溫度測量是日常生活和工程領(lǐng)域經(jīng)常需要解決的問題，在冷庫、制冷設(shè)備、糧食儲備等精度要求不特別高的場合，經(jīng)常采用Pt100鉑電阻來實現(xiàn)溫度的采集與控制調(diào)節(jié)。溫度測量數(shù)顯控制儀能夠滿足對溫度測量精度要求較高的場所的需求，其測量范圍

2、為-50℃~200℃，精度允許誤差為±1℃，精度較高、設(shè)計簡單而且經(jīng)濟實用。,設(shè)計任務(wù),利用Pt100溫度傳感器設(shè)計制作一個可在一定溫度范圍進(jìn)行溫度測量與控制的溫度測量數(shù)顯控制儀。,設(shè)計目的,1、了解常用傳感器的工作原理，掌握其設(shè)計使用方法2、掌握電阻電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計使用3、掌握ICL7107（雙電源±5V供電,適合驅(qū)動發(fā)光二極管顯示）模數(shù)轉(zhuǎn)換原理4、掌握顯示電路的設(shè)計使用5、掌握電子電路系統(tǒng)設(shè)計的基本方法

3、，培養(yǎng)提高綜合利用多學(xué)科相關(guān)知識進(jìn)行初步工程設(shè)計與實際裝調(diào)系統(tǒng)電路的能力,設(shè)計要求及指標(biāo),1、使用熱敏類電阻鉑Pt100。2、該儀器測量溫度的范圍為-50～200℃，能夠?qū)囟戎颠M(jìn)行數(shù)字顯示（可顯示閾值溫度和測量溫度兩種），其測量誤差為±1℃。3、當(dāng)超過某一設(shè)定溫度上限值時（如30℃），能聲光報警提示。 4、測量結(jié)果用七段數(shù)碼管顯示。,設(shè)計框圖,系統(tǒng)框圖,設(shè)計思路,1、了解溫度傳感器的工作原理，掌握其工程設(shè)計實用方法。

4、2、設(shè)計電阻電壓轉(zhuǎn)換電路，對溫度傳感器輸出的電阻信號進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。3、采用AD轉(zhuǎn)換電路對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行LED顯示的數(shù)字信號。4、顯示電路，根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器的類型選擇LED類型，接入電路需要考慮LED的電流值。5、設(shè)定閾值，當(dāng)溫度超過該閾值時驅(qū)動三極管進(jìn)行聲光報警。,第二部分 模塊電路設(shè)計,1、溫度采集與電阻電壓轉(zhuǎn)換電路2、A/D轉(zhuǎn)換電路3、顯示電路4、聲光報警電路,1、溫度采集電路,溫度采集使

5、用鉑電阻Pt100。Pt100鉑電阻的阻值隨著溫度的變化成勻速增長。電路中使用電位器模擬溫度傳感器的阻值變化。,1、電阻電壓轉(zhuǎn)換電路,設(shè)計思路：電路中鉑電阻轉(zhuǎn)換后的輸入電壓范圍應(yīng)該在0~2V之間，以便ICL7107進(jìn)行后續(xù)處理。電阻電壓轉(zhuǎn)換采用比例放大器。選擇LM324芯片。LM324系列器件帶有真差動輸入的四運算放大器，具有真正的差分輸入。單位增益內(nèi)部頻率補償大直流電壓增益100 dB的高帶寬（單位增益）1兆赫（溫度補償）

6、電源范圍寬：雙電源±1.5V至±16V低輸入偏置電流45 NA（溫度補償）低的輸入失調(diào)電壓為2 mV和失調(diào)電流5NA輸入共模電壓范圍包括地面差分輸入電壓范圍的電源電壓等于大輸出電壓擺幅0V至V + - 1.5V,1、電阻電壓轉(zhuǎn)換電路,電阻電壓轉(zhuǎn)換參數(shù)計算：1、在輸入端采用一個鍺二極管控制輸入電壓在0.3V。2、輸入端電流為0，因此經(jīng)過R12的電流基本與二極管相等，故R12選10K歐。3、為了使輸出電壓

7、滿足ICL7107的輸入2V范圍，經(jīng)過下列計算，選R9為33歐，使輸出電壓在1.0～1.9V間當(dāng)t=200℃時，運放輸出Uo=(1+175.84/33) ×0.3=1.90V當(dāng)t=-50℃時，運放輸出Uo=(1+80.31/33) ×0.3=1.03V 4、在電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路后，接一電壓跟隨器，提高帶負(fù)載的能力。,第二部分 模塊電路設(shè)計,1、溫度采集與電阻電壓轉(zhuǎn)換電路2、A/

8、D轉(zhuǎn)換電路3、顯示電路4、聲光報警電路,2、A/D轉(zhuǎn)換電路-ICL7107,位A/D轉(zhuǎn)換器,可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管,內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。具有兩個量程選擇,2V和200mV。本題中量程選用2V,,,2、A/D轉(zhuǎn)換電路-ICL7107,引腳功能及元器件選擇-1V+（1腳）和V-（26腳）：電源的正極和負(fù)極（+5V和-5V）振蕩器元件（38-40腳）：用于系統(tǒng)定時。兩種接法：外接振蕩器到

9、40腳或者Oscl-OSc3外接電容電阻構(gòu)成R-C振蕩器。推薦使用100K電阻，根據(jù)公式f=0.45/RC計算電容為100pf,此時主振頻率為45kHz,采樣時間為每秒3次TEST:顯示測試端，高電平是顯示為“1888”，電流為15mA。CREF:外接基準(zhǔn)電容端，通常0.1μF的電容效果最佳。COM :模擬信號公共端(模擬地)，與IN-以及VREF-相連。INT:27是一個積分電容器。AZ:積分器和比較器的反向輸入端，接自

10、動調(diào)零電容CAz 。2V滿刻度時使用0.047μF。BUF:緩沖放大器輸出端，接積分電阻。其輸出級的無功電流是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅(qū)動電流，從此腳接一個電阻至積分電容器，滿刻度2V時選用470K。,2、A/D轉(zhuǎn)換電路-ICL7107,VREF+ VREF- :基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。IN+和IN- :模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端。基準(zhǔn)電壓和輸入電壓關(guān)系分析（Vref-=0）其中T為設(shè)定的溫度

11、，當(dāng)溫度為-50℃和200℃時，可列得方程組IN+可以通過實驗測得，帶入上式可以計算出IN-和Vref+的值，在實驗中需要調(diào)節(jié)該電壓。因此在IN-和Vref+接入端需要連接電位器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。,,,2、A/D轉(zhuǎn)換電路-ICL7107,第二部分 模塊電路設(shè)計,1、溫度采集與電阻電壓轉(zhuǎn)換電路2、A/D轉(zhuǎn)換電路3、顯示電路4、聲光報警電路,3、顯示電路,設(shè)計提示：ICL7107直接驅(qū)動共陽數(shù)碼管顯示。所謂三位半的三位是指可以顯示0

12、－9的十個數(shù)字，稱作全位；千位數(shù)最大顯示為1（小于1時消隱），比如2V的滿量程顯示為1.999，因此成為半位。ICL7107中分別有個位、十位、百位對應(yīng)的a~g段連接，千位連接為19,20腳，19腳連接千位b、c段，20連接千位g段，表示負(fù)號。數(shù)碼管字符段電壓為3V左右，因此共陽極連接到Vcc時，需要連接一個限流電阻進(jìn)行分壓。一般為200歐姆。,4、聲光報警電路,使用撥碼開關(guān)實現(xiàn)閾值溫度的顯示(撥碼開關(guān)1擋)和測量溫度的顯示(撥碼

13、開關(guān)2擋)。當(dāng)被測溫度高于閾值溫度時，驅(qū)動聲光報警。因此聲光報警實際是設(shè)定溫度閾值進(jìn)行電壓比較，在電壓跟隨器后面加一個電壓比較器，電壓比較器后級采用PNP三極管驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管實現(xiàn)聲光報警RP3用來調(diào)節(jié)設(shè)定的閾值電壓。,1、負(fù)電壓的產(chǎn)生,方法1：利用時鐘輸出信號外接2只二極管、2只電容和CD4069來產(chǎn)生負(fù)電源。CD4069是6反相驅(qū)動器，電源電壓為3V~18V。方法2：使用電源極性轉(zhuǎn)換器ICL7660，產(chǎn)生-5V電壓。IC

14、L7660是小功率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為1.5V-10V。,系統(tǒng)電路圖,基本調(diào)試方法,調(diào)試測量過程中需要記錄數(shù)據(jù)：1、不同溫度值下測量跟隨器前后電壓，與理論電壓比較，進(jìn)行誤差分析。2、溫度-50℃時，調(diào)節(jié)32管腳(COM)的電位器，設(shè)定IN-電壓值，使其顯示-50。2、溫度200℃時，調(diào)節(jié)35管腳（Vref-）管腳的電位器，設(shè)定Vref+的電壓值，使其顯示200。3、溫度100℃時，驗證顯示是否為100。4、將開關(guān)

15、打到1檔，使閾值電路與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，調(diào)節(jié)RP3使得數(shù)碼管顯示溫度為40℃(可自行設(shè)定)，即報警溫度為40℃，再將開關(guān)打到2檔，給鉑電阻升溫，數(shù)碼管顯示的溫度一直上升，當(dāng)顯示為40℃時，發(fā)光二極管亮起，蜂鳴器報警，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動進(jìn)行降溫。測量并記錄各引腳電壓。,元器件清單,,,實驗成績,實驗總成績(100滿分)= 實驗動手操作(60滿分)+實驗總結(jié)報告(40滿分)實驗操作評分細(xì)則,實驗報告評分細(xì)則,實驗進(jìn)度安排表,分模塊調(diào)試與驗收

16、電阻電壓轉(zhuǎn)換電路調(diào)試與驗收模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示電路調(diào)試與驗收聲光報警電路調(diào)試與驗收,實驗課須知,實驗時間地點： 本實驗選題2個班。 第 1 班：3月27號-30號15:30-21:30，最后一天20:00結(jié)束；地點：360實驗室 第 2 班：4月8號8:30-9:30/9號8:30-18:00； 地點：493實驗室 上課：實驗必須在實驗室完成，不得無故曠課。有課需要請假因為要

17、在兩天之內(nèi)完成實驗，所以時間有點緊張，需要大家做課前準(zhǔn)備。優(yōu)秀等級采用個人申報+教師推薦的方式，想要申報的學(xué)生在實驗課程結(jié)束之后將姓名學(xué)號聯(lián)系方式留給老師，然后在15、16周左右進(jìn)行筆試考試。,注意事項及準(zhǔn)備功課,注意事項：自備烙鐵架，萬用表和吸錫器等工具 分模塊領(lǐng)件、調(diào)試驗收。器件按照模塊分發(fā)，調(diào)試驗收之后領(lǐng)下一模塊器件完成作品及時驗收，驗收后交還主要器件，包括芯片、電位器、數(shù)碼管、電解電容。完成試驗后一周內(nèi)按照實驗報告要求