溫度控制報(bào)警電路的設(shè)計(jì).docx

電子綜合設(shè)計(jì)電子綜合開發(fā)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 溫度控制報(bào)警電路專業(yè)班級(jí)：電子信息工程2011級(jí)（1）班 學(xué)生學(xué)號(hào)： 2011508182 學(xué)生姓名： 唐 潮設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年1月 7日 一、 計(jì)劃任務(wù)與要求1. 在正常的溫度范圍內(nèi)數(shù)碼管顯示數(shù)字1至5的循環(huán)。2. 在溫度升高時(shí)數(shù)碼管顯示的數(shù)字變?yōu)?至7的循環(huán)，并且此時(shí)綠色led燈亮起。 3當(dāng)溫度達(dá)到最高的時(shí)候數(shù)碼管停止顯示，并且紅色的led燈開始亮起。二、 方案設(shè)計(jì)與討論選擇器選擇器數(shù)碼顯示a/d轉(zhuǎn)換放大器溫度測(cè)量及計(jì)數(shù)電路控制led的開關(guān)圖2.1方案一、利用一個(gè)熱敏電阻作為感應(yīng)器達(dá)到將溫度信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的作用，并且將整個(gè)的過程產(chǎn)生的電壓分為三個(gè)檔，通過電壓比較器，從而達(dá)到常溫高溫和超高溫的情況從而達(dá)到整個(gè)的操作，顯示部分使用七段數(shù)碼管來進(jìn)行數(shù)字顯示。方案二、利用兩個(gè)量程不同的熱敏電阻達(dá)到一個(gè)電壓接力的作用，從而達(dá)到把電壓分為三個(gè)擋的目的從未控制led燈組和七段數(shù)碼管進(jìn)行工作，因?yàn)樽约旱闹谱髂芰λ晕疫x擇了這個(gè)方案。三、 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、 溫度測(cè)量電路圖3.1工作原理：溫度測(cè)量電路如圖3.1所示，它由傳感器電橋、差動(dòng)放大電路和二階低通濾波器組成。采用阻值r3=100的鉑金屬熱電阻為傳感器，它有較高的測(cè)量精度，并且在較大的溫度范圍內(nèi)有很好的線性。通過測(cè)溫電橋把電阻隨溫度的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，再通過一個(gè)差動(dòng)放大電路將小信號(hào)電壓值放大,得到電壓值。首先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器r13使溫度等于0時(shí)輸出電橋平衡，即輸出為零；根據(jù)鉑電阻的阻值隨溫度的變化關(guān)系，計(jì)算出電壓放大倍數(shù)，設(shè)定差動(dòng)放大電路的參數(shù)，使溫度等于100時(shí)，輸出電壓為1v，滿足輸出電壓和溫度成線性關(guān)系，這樣數(shù)值關(guān)系有u0=t/100。由該電壓值可以直接推知當(dāng)前溫度值，從而達(dá)到溫度測(cè)量的目的。2、電橋測(cè)溫電路 圖3.2如圖2.2所示利用電橋?qū)㈦S溫度變化的組織轉(zhuǎn)化為電壓，電橋輸出的電壓為：ux=ucc(r2*rp1r1*r3)/(r2+r3)(r1+rp1)若取r1=r2=r0，調(diào)節(jié)電位器，使00c時(shí)的ux=0v，此時(shí)r3的值為r30= rp1。當(dāng)溫度變化使鉑電阻的阻值增大r3時(shí)，電橋的輸出：ux=r0r3ucc /（r0+r30+r3）(r0+rp1)式中分母含有r3項(xiàng)，故除測(cè)溫電阻的非線性誤差外，又增加了轉(zhuǎn)換電路的非線性誤差。故選擇參數(shù)時(shí)應(yīng)注意要滿足r3r0+r30這一條件。3、c根據(jù)輸出電壓信號(hào)的特點(diǎn)，前置級(jí)應(yīng)該滿足下述要求：（1）高輸入阻抗。輸出信號(hào)是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號(hào)，為了減少信號(hào)源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻抗。一般情況下，信號(hào)源的內(nèi)阻為100k，則放大器的輸入阻抗應(yīng)大于1m。（2）高共模抑制比cmrr。前置級(jí)須采用cmrr高的差動(dòng)放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。（3）低噪聲、低漂移。主要作用是對(duì)信號(hào)源的影響小，拾取信號(hào)的能力強(qiáng)，以及能夠使輸出穩(wěn)定。圖3.3 差動(dòng)放大電路圖3.3為具有恒流源的差動(dòng)放大電路其中，1，2稱為差分對(duì)管，它與電阻b1，b2,c1,c2及點(diǎn)位器1共同組成差動(dòng)放大器的基本電路3，4與電阻e3,e4,共同組成恒流源電路為差分對(duì)管的設(shè)計(jì)提供恒定電流。均壓電阻1，2給差動(dòng)放大器提供對(duì)稱差模輸入信號(hào)。晶體管1與2，3與4特性應(yīng)相同，電路參數(shù)應(yīng)完全對(duì)稱1可調(diào)整電路的對(duì)稱性。由于電路的這種對(duì)稱性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及恒流源的作用，無論是溫度變換，還是電源的波動(dòng)，對(duì)1，2兩管的影響都是一樣的，因此，差動(dòng)放大器能有效的抑制零點(diǎn)漂移。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用三運(yùn)放組成的差分放大器。4、顯示部分圖3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號(hào)量程分成許多離散量級(jí)，并確定輸入信號(hào)所屬的量級(jí)。編碼是對(duì)每一量級(jí)分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的代碼。最普通的碼制是二進(jìn)制，它有個(gè)量級(jí)（n為位數(shù)）,可依次逐個(gè)編號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。 直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準(zhǔn)電壓，從高位起逐位與被測(cè)電壓反復(fù)比較，直到二者達(dá)到或接近平衡（見圖）?？刂七壿嬆軐?shí)現(xiàn)對(duì)分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，但對(duì)干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補(bǔ)。它在計(jì)算機(jī)接口電路中用得最普遍。5、2選1多路選擇器圖3.5利用兩個(gè)與門一個(gè)非門與一個(gè)或門組成的多路選擇器通過控制端輸入的高低電平去控制整個(gè)電路的選擇性通斷。左邊的三個(gè)端為輸入端，最上與最下為兩個(gè)輸入端中間的為控制端，右邊的為輸出端。下圖3.6為2選1多路選擇器的真值表控制端 輸入1 輸入2 輸出 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 圖3.56、555定時(shí)器圖3.6利用的是555定時(shí)器（圖3.6）產(chǎn)生脈沖對(duì)顯像管進(jìn)行信號(hào)輸入，從而使整個(gè)的顯像管進(jìn)行數(shù)字的循環(huán)，震蕩周期t的計(jì)算公式 如下所示。t=0.7（r1+2r2）c四、 總原理圖及元件清單1、總原理圖圖4.1如圖4.1所示為最終設(shè)計(jì)的電路總圖，利用了兩個(gè)熱敏電阻作為傳感器，信號(hào)待放大后進(jìn)入控選擇器從而控制七段譯碼器與led燈組的顯示。1、 元件清單如圖4.2所示。元件序號(hào)元件型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注r1常規(guī)電阻8.7k1r2常規(guī)電阻8.7k1r3常規(guī)電阻1001r4常規(guī)電阻1k1r5常規(guī)電阻60.8k1r6常規(guī)電阻60.8k1r7常規(guī)電阻6k1r8常規(guī)電阻5k1r9常規(guī)電阻10k1r10常規(guī)電阻2k1r11銅熱電阻2001r12常規(guī)電阻2001r12常規(guī)電阻8.7k1r14常規(guī)電阻8.7k1r15常規(guī)電阻1501r16常規(guī)電阻1k1r17常規(guī)電阻60.8k1r18常規(guī)電阻60.8k1r19常規(guī)電阻6k1r20常規(guī)電阻5k1r21常規(guī)電阻10k1r22常規(guī)電阻2k1r23鉑銠鉑熱電偶2001r24常規(guī)電阻2k1r25常規(guī)電阻5001r27常規(guī)電阻1k1r28常規(guī)電阻1k1u1a差分放大器lm324n1u2a差分放大器lm324n1u3a差分放大器lm324n1u18a差分放大器lm324n1u17a差分放大器lm324n1u16a差分放大器lm324n1u7與門and1u8與門and1u9非門not1u10或門nor1u6集成電路74ls1601u5七段數(shù)碼管dcd_hex1u18與門and1u20與門and1u21非門not1u19或門nor1led1發(fā)光二極管5v1綠色led2發(fā)光二極管5v1紅的a1555定時(shí)器5v工作電壓圖4.2五、 性能測(cè)試與分析剛開始溫度處于常溫所以兩個(gè)熱敏電阻都處于高阻態(tài)，七段數(shù)碼管顯示數(shù)字1至5的循環(huán)，當(dāng)溫度升高的時(shí)候熱敏電阻的組織會(huì)減小所以銅熱電阻的電阻的阻值會(huì)首先減小，當(dāng)減小到最小值的時(shí)候，這個(gè)電路的輸出電壓變大使得2選1選擇器更換電路，使得數(shù)碼管顯示1至7并且綠色led亮起，當(dāng)溫度繼續(xù)升高鉑銠鉑熱電偶開始工作，與銅熱電阻一樣當(dāng)阻值到達(dá)最小的時(shí)候，輸出電路輸出高電平使得多路選擇器開始更換選擇電路，數(shù)碼管停止顯示，紅的led亮起，顯示整個(gè)電路高溫警報(bào)。 整個(gè)的溫控電路工作的范圍是0至1000攝氏度，銅熱電阻的工作區(qū)間為0至200攝氏度，鉑銠鉑熱電偶工作范圍為200至1000攝氏度。六、 總結(jié)與心得1、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次的課程設(shè)計(jì)的過程，我自己對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)的結(jié)果還是比較滿意，也是自己第一次沒有依靠整體的從網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行復(fù)制粘貼，而是自己去設(shè)計(jì)連圖并且進(jìn)行測(cè)試，最后的功能大致是實(shí)現(xiàn)了，并且七段數(shù)碼管達(dá)到了更換顯示循環(huán)數(shù)。并且在高溫的時(shí)候控制了兩個(gè)led燈組的開關(guān)問題，但是整個(gè)的電路設(shè)計(jì)上也存在很多的缺點(diǎn)，比圖整個(gè)的電路過于繁瑣，需要兩個(gè)熱敏電阻，增加了電路制作的成本，并且七段數(shù)碼管沒能在自后紅的led亮起來的時(shí)候進(jìn)行清零。并且整個(gè)的電路接線過多，元器件過多，鏈接復(fù)雜所以我自己認(rèn)為我的這個(gè)設(shè)計(jì)還需要再加改進(jìn)。2、 課程設(shè)計(jì)心得自這次的課程設(shè)計(jì)的作業(yè)過程中，自己從最先開始的對(duì)整個(gè)的課題開始構(gòu)思再到整個(gè)課題的模塊分析，到最后的multisim的軟件仿真，這也是自己第一次完全靠自己而不依賴于網(wǎng)絡(luò)的一次課程設(shè)計(jì)，在這個(gè)期間我覺得自己還是學(xué)到了很多的知識(shí)，想了很多的辦法并且在這期間對(duì)自己所學(xué)的幾門電路的知識(shí)進(jìn)行了鞏固。但是整個(gè)的電