溫度測(cè)量與控制電路課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　【課題名稱】溫度測(cè)量與控制電路</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　溫度測(cè)量與控制電路是在實(shí)際應(yīng)用中相當(dāng)廣泛的測(cè)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(shí)，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(cè)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(shí)；三、設(shè)計(jì)力求系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jí)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(cè)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(cè)量溫度范圍為200C～1650C，精度0.50C；</p><p&g

4、t;　　2. 被測(cè)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?hào)，經(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(hào)，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(hào)，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?cè)O(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(huì)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(jí)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(cè)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(hào)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(cè)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(gè)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(cè)溫需要相對(duì)精確，為避免過多電路造成噪聲等不利影響，將這個(gè)方案排除。</p><p>　　2 利用二極管測(cè)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(cè)溫電路簡(jiǎn)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(cè)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(jí)管測(cè)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(cè)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(cè)量溫度電路就不太可行了。</p><p><b>　　5熱電偶測(cè)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(cè)溫端叫做測(cè)量端，接線端子叫做參比端，當(dāng)兩端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生電流，即塞貝克效應(yīng)。熱電勢(shì)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(zhǎng)度和直徑無關(guān)。</p>&

13、lt;p>　　熱電偶測(cè)溫電路是以熱點(diǎn)偶為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)溫。</p><p>　　采用理由：熱偶在很大范圍內(nèi)線性非常明顯，且測(cè)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>　　（二）傳感電路的整體思路說明</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(cè)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(duì)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(huì)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(hào)，比例減法這三個(gè)部分構(gòu)成了運(yùn)算電路，這個(gè)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(hào)而是輸出一個(gè)23.84mV/℃的信號(hào)，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(duì)于熱點(diǎn)偶，其電壓與溫度滿足U=0.226T-0.707其中電壓對(duì)應(yīng)為第一級(jí)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(gè)公式。然后求這個(gè)函數(shù)的反函數(shù)，得到t=(100U-6100.4)/22.6.這個(gè)函數(shù)就是運(yùn)算電路所實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。這樣一來，測(cè)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)24.32mV（這個(gè)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(gè)同相比例電路，實(shí)現(xiàn)100倍的放大，再由滑動(dòng)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(gè)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(dòng)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(duì)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(jí)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(gè)運(yùn)算電路，把溫度通過一個(gè)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?hào)，再通過這個(gè)函數(shù)的反函數(shù)（運(yùn)算電路）把電壓變成溫度對(duì)應(yīng)的變壓，可以說是通過整個(gè)電路，給溫度換了單位，把攝氏度換為毫伏，且1毫伏對(duì)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(huì)產(chǎn)生一定的電勢(shì)。熱偶輸出的是兩 </p><p>　　個(gè)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(cè)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>　　（1）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(zhǎng)了還要對(duì)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(duì)這個(gè)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(hào)，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(gè)信號(hào)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(cè)溫，而在一般條件下使用則沒有必要，所以將這個(gè)方案排除。</p><p><b>　?。?）查表法</b></p><p>　　原理：將熱電偶的熱電勢(shì)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(shì)與溫度傳感器測(cè)得的冷端環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的電勢(shì)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(cè)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(gè)方案舍棄</p><p>　?。?）利用不平衡電橋</p><p>　　原理：串聯(lián)一個(gè)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(jiǎn)單，但是在參數(shù)的確定上十分復(fù)雜，而且不會(huì)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(gè)方法排除。</p><p><b>　?。?）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(cè)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>　?。?）傳感器溫度補(bǔ)償</p><p>　　原理：溫度傳感器會(huì)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(duì)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(dòng)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(cè)溫方案論證里面，曾

33、經(jīng)排除了用傳感器直接測(cè)溫的方法，主要是因?yàn)槠錅囟茸兓秶粔?，一般?25℃,事實(shí)上，通過對(duì)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(cè)量溫度的話，會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生明顯的影響，所以沒有選擇傳感器直接測(cè)溫度這種方法。但對(duì)于熱電偶來說，由于每升高一度，電壓變化相對(duì)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(duì)于其它方法，熱電偶和溫度傳感器一起使用的優(yōu)勢(shì)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(huì)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(jiǎn)單，而且排除了溫度對(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)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(duì)電阻進(jìn)行更換。</p><p>　　4整個(gè)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(huì)對(duì)冷接點(diǎn)補(bǔ)

36、償造成影響，而且也要控制導(dǎo)線的長(zhǎng)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(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生。</p><p>　　5 利用溫度傳感器時(shí)，會(huì)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>　　（五）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(huì)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(hào)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(jí)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(duì)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(jiǎn)單的方法，就是直接在輸出電壓時(shí)并聯(lián)一個(gè)接地，這樣就可以把大部分的交流信號(hào)濾過。選4.7μF是通過和類似電路的比較，而且這個(gè)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(duì)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(hào)，通過一個(gè)開關(guān)信號(hào)，變成交流信號(hào)。在一個(gè)三極管，基極加入方波信號(hào)，然后在發(fā)射極輸入信號(hào)，在集電極輸出信號(hào)，通過改變方波信號(hào)的頻率，等于將直流信號(hào)變成交流信號(hào)。這樣只要把得到的交流信號(hào)的頻率以下的頻率濾去即可。</p><p><b>　?。╇娐返母倪M(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(jiǎn)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>　?。ㄆ撸┓抡婺M</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(dòng)變阻器只能5%變化，而對(duì)于這個(gè)函數(shù)，變阻器分壓取得的電壓值對(duì)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(cè)試電壓時(shí)要注意使它的值，使輸出結(jié)果為正。</p><p>　?。ǘ?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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，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(cè)\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(gè)位設(shè)定”“ 小數(shù)位設(shè)定”四個(gè)按鈕設(shè)定控制溫度范圍（數(shù)碼管上會(huì)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(cè)\單路監(jiān)測(cè)”開關(guān)，可選擇兩種監(jiān)測(cè)模式，數(shù)碼顯示管U98會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所監(jiān)測(cè)的溫度線路序號(hào)。</p><p>　　通過“監(jiān)測(cè)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(zhǎng)，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>　?。ㄈ┞暪鈭?bào)警</b></p><p>　　如圖3所示，當(dāng)輸入

46、信號(hào)為低電平時(shí)，報(bào)警電路不工作。當(dāng)有高電平信號(hào)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(jí)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(hào)為低電平時(shí)，加熱或降溫電路不工作。當(dāng)有高電平信號(hào)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(dòng)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(dòng)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(cè)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(shí)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(chéng)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(gè)難點(diǎn)：</p><p>　　一是對(duì)整體測(cè)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(cè)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(cè)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(jiǎn)單的將交流信號(hào)通過一個(gè)電容接地的方法</p><p>　　以上即是對(duì)本次設(shè)計(jì)中的主要問題的討論與解決方案，敬請(qǐng)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(cè)》 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(guó)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(cè)》 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(guó)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(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)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(dòng)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(duì)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(hào)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(hào)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(hào)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(huì)</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(shí)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(gè)題目

72、的時(shí)候，覺得很簡(jiǎn)單，心里想著，不就是一個(gè)傳感器接幾個(gè)顯示裝置么，應(yīng)該很簡(jiǎn)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(gè)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(gè)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(gè)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(duì)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(gè)過程中，經(jīng)常產(chǎn)生一種“馬上就要完成了”的錯(cuò)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(gè)擊破，使問題變得容易了很多，不然就這個(gè)題目而言，一個(gè)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(dòng)。大家的通力合作，才完成了整個(gè)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(jí)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(jí)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(huì)是，面對(duì)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(shí)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(duì)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>