長(zhǎng)安大學(xué)電子課程設(shè)計(jì)(溫度測(cè)量與控制)

1、長(zhǎng)安大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（溫度測(cè)量與控制電路專(zhuān) 業(yè) 電氣工程與其自動(dòng)化班級(jí)32040901姓名李朝指導(dǎo)教師田莉娟日期2011年6月30日、八 、前言溫度測(cè)量與控制電路廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個(gè)方面，特別是在工 業(yè)生產(chǎn)中，溫度自動(dòng)控制已經(jīng)成為一個(gè)相當(dāng)成熟的技術(shù)。本次課程設(shè)計(jì)給 我們創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)：一是查閱資料將自己所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)， 模擬電子技術(shù)，以與傳感器的相關(guān)知識(shí)綜合運(yùn)用，二是系統(tǒng)了解溫度監(jiān)測(cè) 特別是工業(yè)上的溫度控制的詳細(xì)過(guò)程，為日后的學(xué)習(xí)和工作增長(zhǎng)知識(shí)，積 累經(jīng)驗(yàn)。在確定課設(shè)題目，經(jīng)仔細(xì)分析問(wèn)題后，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量與控制方法很 多，大致可以分為兩大類(lèi)型，一種是以單片機(jī)為主的軟硬件結(jié)合

2、方式，另 一種是用簡(jiǎn)單芯片構(gòu)成實(shí)現(xiàn)電路。由于單片機(jī)知識(shí)的匱乏，我們決定用后 者實(shí)現(xiàn)。共同確定了總的電路結(jié)構(gòu)，將設(shè)計(jì)分為三部分，李朝負(fù)責(zé)溫度傳 感部分，諶新力負(fù)責(zé)溫度顯示和溫度范圍控制部分，肖陽(yáng)負(fù)責(zé)溫度控制執(zhí) 行電路和聲光報(bào)警部分。溫度傳感部分由熱電偶構(gòu)成的溫度傳感器，數(shù)字 顯示和設(shè)定控制部分由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574A 、281024 CMOS EEPROM 、 鎖存器 74LS175 等組成，聲光報(bào)警和溫控加熱降溫執(zhí)行電路主要用時(shí)基 芯片 555 構(gòu)成的多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)電路組成。 在確定了單元電路的設(shè)計(jì) 方案后，我們?cè)诳偨Y(jié)出總體方案框圖的基礎(chǔ)上，應(yīng)用 Multisim11.0 仿真 軟件畫(huà)出

3、了各單元模塊電路圖，最后匯總電路圖。由于缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且知識(shí)有限，所以本次設(shè)計(jì)中難免存在缺點(diǎn)和 錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。李朝2010 年 6 月 20 日目錄溫度測(cè)量與控制電路 6摘要 6一、系統(tǒng)綜述和總體方案論證與選擇 8.二、單元電路設(shè)計(jì) 9（一）溫度傳感模塊 9（2）冷接點(diǎn)溫度補(bǔ)償方法的選擇 17（3）濾波方法的討論 23（ 4）電路的改進(jìn) 26（ 5）仿真模擬 26（二）聲光報(bào)警 28（三）溫度控制執(zhí)行 29三、結(jié)束語(yǔ) 30四、參考文獻(xiàn) 31五、元器件明細(xì) 33六、收獲體會(huì) 42七、鳴謝 44八、【附錄】 44評(píng) 語(yǔ) 錯(cuò) 誤! 未定義書(shū)簽。溫度測(cè)量與控制電路摘要溫度測(cè)量與控制電路是在

4、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)， 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)知識(shí)；三、設(shè)計(jì)力求系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，有 實(shí)際價(jià)值。 溫度傳感采用熱電偶和溫度補(bǔ)償原理。 大家共同商議共同確定 了總的電路結(jié)構(gòu)， 將設(shè)計(jì)分為三部分， 李朝負(fù)責(zé)溫度傳感部分， 諶新力負(fù) 責(zé)溫度顯示和溫度范圍控制部分， 肖陽(yáng)負(fù)責(zé)溫度控制執(zhí)行電路和聲光報(bào)警 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 74LS

5、48 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(guò)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) 警加入了單穩(wěn)態(tài)。溫度控制執(zhí)行部分采用 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。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 碼顯示技術(shù)要求1、測(cè)量溫度范圍為200C1650C，精度 O.50C;2、被測(cè)量溫度與控制溫度均可數(shù)字顯示；3、控制溫度連續(xù)可調(diào)；4、溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生聲

6、光報(bào)警。一、系統(tǒng)綜述和總體方案論證與選擇方案A.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)， 過(guò)濾波放大，一路輸入 A/D轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)譯碼進(jìn)行數(shù)字顯示，另一 路與滑變分壓經(jīng)過(guò)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。圖1-1總體方案A萬(wàn)案B.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

7、 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)。圖1-2總體方案B、單元電路設(shè)計(jì)（一）溫度傳感模塊關(guān)于溫度傳感方法的選擇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，利用鉑電阻，或直接利用現(xiàn)有的具有溫度傳感功能的芯片。1利用鉑電阻測(cè)溫度原理： 鉑電阻的組織隨溫度的變化而變化，通過(guò)電阻兩端電壓的變 化來(lái)反映溫度的變化。把電阻兩端電壓變化的信號(hào)經(jīng)過(guò)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所示圖1-1鉑電阻測(cè)溫電路的傳感部分（其中R1為鉑電阻）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

8、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(guò) 多電路造成噪聲等不利影響，將這個(gè)方案排除。2利用二極管測(cè)溫度原理：和鉑電阻相似，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。排除理由：靈敏度不高，變化范圍太窄，線性化不是很好。3利用三極管測(cè)溫度原理：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。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。4現(xiàn)有的溫度傳感芯片原理：現(xiàn)有的芯片如 LM335，AD590，LTC1052等。排除理由：其工作

9、電壓范圍最大為125 C，超過(guò)后雖然也有一定的線性關(guān)系，但若用于精度較高的測(cè)量溫度電路就不太可行了。5熱電偶測(cè)溫法原理：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)以與兩端溫度有關(guān)。與熱電偶導(dǎo)體的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)。熱電偶測(cè)溫電路是以熱點(diǎn)偶為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)溫。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。（二）傳感電路的整體思路說(shuō)明設(shè)計(jì)思路框架圖如下:思路說(shuō)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

10、，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(shuō)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(lái)（詳細(xì)內(nèi)容在第三部分）。最后沒(méi)有輸出1 mV/ C的信 號(hào)而是輸出一個(gè)23.84mV/ C的信號(hào)，是為了接下來(lái)的 電路控制和顯示電路的需要。（三）電路運(yùn)算的說(shuō)明注意：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)思路說(shuō)明：對(duì)于熱點(diǎn)偶，其電壓與溫度滿足U=0.22

11、6T-0.707 其中電壓對(duì)應(yīng)為第一級(jí)放大的輸入電壓，也就是進(jìn)行過(guò)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(guò)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(lái)，測(cè)得的溫度值比如是X,經(jīng)過(guò)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=f(x).再經(jīng)過(guò)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+

12、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） 。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/ C，為了使最后輸出為23.84mV/ C,貝卩還需 一次放大。這樣，運(yùn)算電路的構(gòu)成如

13、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)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(lái)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/ C的 輸出，而為了

14、得到 23.84mV/ C的輸出，則把比值調(diào)整為 23.84:22.6. 最終選擇 R1=R2=226 歐， R5=R6=238.4 歐?？傊?，整個(gè)運(yùn)算電路，把溫度通過(guò)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(guò)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(shuō)是通過(guò)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。（2）冷接點(diǎn)溫度補(bǔ)償方法的選擇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 個(gè)端口溫 度差的函

15、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(chēng) 為冷端（或自由端） ，則輸出電壓為 U=f（T2-T1） 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。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 41.269 訓(xùn)/C，可使其兩端電壓變?yōu)?0C時(shí)兩端的電壓大小，從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч? 冷接點(diǎn)補(bǔ)償?shù)木唧w方法的選擇：常見(jiàn)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)

16、算法， 傳感器溫度補(bǔ)償法。 （1）冷端恒溫法原理：把冷端泡在冰水混合物中，使其溫度穩(wěn)定在0c.排除理由；制作麻煩，時(shí)間長(zhǎng)了還要對(duì)冰水混合物進(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。2）補(bǔ)償導(dǎo)線法原理：將熱電偶的參考端經(jīng)過(guò)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。排除理由：精度不高，而且自己對(duì)這個(gè)方法沒(méi)有完全理解，所以排除此方 法。（3）數(shù)字補(bǔ)償法原理：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(guò)放大調(diào)整成0至5V的電壓，然后經(jīng)

17、 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(guò)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。熱電偶圖4-3-3數(shù)字補(bǔ)償法原理圖排除理由：用到了傳感器和單片機(jī)，雖然精度很高，結(jié)構(gòu)過(guò)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(méi)有必 要，所以將這個(gè)方案排除。(4) 查表法原理：將熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的函數(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)效性的要求開(kāi)始1HInl相 時(shí)得壓 稟電 冷議相加后得出 電壓播匚1

18、4;証直渥回圖4-3-4查表法程序流程圖排除理由：若以上程序由計(jì)算機(jī)控制，貝y成本過(guò)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，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（5 ）利用不平衡電橋原理：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 對(duì)應(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)行溫度補(bǔ)償。4-3-5利用不平衡電橋溫度補(bǔ)償原理圖排除理由：雖然電路簡(jiǎn)單，

19、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。（6）計(jì)算法原理：將在冷接端產(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。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(guò)大，如果人實(shí)施，時(shí)效性差。所以將這種方法排除。（7 ）傳感器溫度補(bǔ)償原理：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。1、電壓型模擬集成電路冷端補(bǔ)償法：法說(shuō)明：LM335的溫度系數(shù)為

20、+10mV/K,輸出電壓經(jīng)R2和R3分壓后，得 到補(bǔ)償電壓，通過(guò)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)償作用（如圖4-3-7-1 ）2、電流型模擬集成電路冷端補(bǔ)償法：說(shuō)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(guò)滑動(dòng)變阻器的調(diào)整，使補(bǔ)償電壓達(dá)到41.269 uV/C圖4-3-7-2電流型模擬集成電路冷端補(bǔ)償法說(shuō)明：1在整體測(cè)溫方案論證里面，曾經(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 C，事實(shí)上，通過(guò)對(duì)其溫度和電壓或電流的觀察可以看出，超過(guò)125 C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)

21、生明顯的影響，所以沒(méi)有選擇傳 感器直接測(cè)溫度這種方法。但對(duì)于熱電偶來(lái)說(shuō)，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，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。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(guò)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

22、接提供 60.9 譏/ C ,6,40.6 訓(xùn)/C ,51.7 N C 相差 0.669 譏/ C,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。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(guò)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。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)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(lái)包裹導(dǎo)線,盡量減少金屬自身的熱電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生。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

23、分說(shuō)明） 。（ 3）濾波方法的討論1 濾波的原因：從傳感器的資料說(shuō)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)節(jié)。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(méi)必要用帶阻濾波電路，只要讓濾過(guò)的最大值小于 0.1Hz 即可。下面是幾種濾波電路的比較。一階有源濾波電路：說(shuō)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。二階有源濾波電路:圖5-2-2二階有源濾波電路說(shuō)明：它是由兩節(jié) RC濾波電路和同相比例放

24、大電路組成，具有輸入阻抗 高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。后來(lái)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(guò)。選 4.7疔是通過(guò)和類(lèi)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(méi)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。還有一種方法。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(guò)一個(gè)幵關(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(guò)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)

25、。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。(4)電路的改進(jìn)發(fā)現(xiàn)了一種不用接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(5 )仿真模擬 模擬圖見(jiàn)下一頁(yè)說(shuō)明：1、由于熱敏電阻和冷接點(diǎn)補(bǔ)償無(wú)法模擬，這里只是運(yùn)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.所以最后得到的值應(yīng)為 t=(100U-5858)/22.6

26、 再乘以23.84，最后得到數(shù)值再比較。2、如果U的值從0幵始，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。e亠<HJ_tl_>J.Misso-o呂空工:ivw-二）數(shù)字顯示與溫度范圍控制模塊數(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(lái)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。設(shè)置控制溫度時(shí)，將“溫度監(jiān)測(cè) 控制溫度設(shè)置”開(kāi)關(guān)撥至“控制溫 度設(shè)置檔”，再通過(guò)“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(guò)“鎖定溫度上限” “鎖定溫度下限”來(lái)鎖定溫度限值 ?！瓣P(guān)閉 開(kāi)啟報(bào)警與溫控執(zhí)行

27、系統(tǒng)” 開(kāi)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(kāi)啟，打開(kāi)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(kāi)啟” 。通過(guò)“循環(huán)監(jiān)測(cè) 單路監(jiān)測(cè)” 開(kāi)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)。通過(guò)“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 （510s） ，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(jiàn)附件 1）二）聲光報(bào)警如圖 3 所示，當(dāng)輸入信號(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(kāi)關(guān)閉合，多諧震蕩電路開(kāi)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2

28、Hz,作用的占空比為58.3%。11UiSWflfl0一 5V蠱電平啟時(shí)-aj-1 ri i» »« 掃攝筒言號(hào)LEDI 工'B s B B a0CUZ7ER 200 Hz圖3聲光報(bào)警電路圖（三）溫度控制執(zhí)行如圖4所示，溫控執(zhí)行電路由當(dāng)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。110分鐘后（可根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)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

29、路即復(fù)位 回到穩(wěn)定態(tài)，3腳輸出低電平，繼電器 斷幵，加熱或降溫操作停止。接忙熱電遷官勃倩號(hào) 甚電平寺ll?A7404MF熬El可運(yùn)訂我命只3 1*1勺甘獰可說(shuō).和恕充舉后，栓測(cè)獨(dú)創(chuàng)償號(hào).哥電平注入下一牛 彗哩塞逹廳忙熱 怎屯平赴乎建恚不如擔(dān)220 VOoknLIV1555CM180kQKey=A220 VmisSOiHai斗亙電荃工世卡殺X4V尹亍三X1PCC3UTnz5TW313LZOHCOTdiE3J7 EMR011A03怯電平崖壬橙毒不聾思圖4溫度控制執(zhí)行電路三、總體電路圖限于篇幅和紙張大小，見(jiàn)最后一頁(yè)三、結(jié)束語(yǔ)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

30、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)。本次設(shè)計(jì)中有如下幾個(gè)難點(diǎn)：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。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(guò)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(shuō)是把溫度的單位由攝氏度“換成”了毫伏。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。 四是濾波方法的討

31、論，最后選擇了簡(jiǎn)單的將交流信號(hào)通過(guò)一個(gè)電容接 地的方法以上即是對(duì)本次設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題的討論與解決方案，敬請(qǐng)老師給予 指正，以求得更好的解決方法。四、參考文獻(xiàn)1.傳感器原理與應(yīng)用 程德福 王君 凌振寶 王言章 編著機(jī)械工業(yè)出版社2008 年 1 月第一版2.數(shù)字電路設(shè)計(jì)手冊(cè) 荀殿棟 徐志軍 編著電子工業(yè)出版社2003 年 7 月第一版3. Multisim8 仿真與應(yīng)用實(shí)例開(kāi)發(fā) 從宏壽 程衛(wèi)群 李紹鉊 編著清華大學(xué)出版社2007 年 7 月第一版4. 電子線路 設(shè)計(jì)與實(shí)踐 姚福安 主編華中電子科技大學(xué)出版社 2001 年第一版5. 基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 戴伏生 主編國(guó)防工業(yè)出版社2004 年

32、4 月第一版6. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 陳大欽 主編機(jī)械工業(yè)出版社2006 年 4 月第一版7. 數(shù)字電子技術(shù) James BignellRobert Donovan 編著科學(xué)出版社2005 年 2 月第一版8. 新編電子控制電路 300 例 機(jī)械工業(yè)出版9.數(shù)字單元電路轉(zhuǎn)換電路 分冊(cè)梁廷貴 主編10 傳感器技術(shù)（Journal of Transducer Technology）信息產(chǎn)業(yè)部第49 研究所2005 年第 24 卷 第 11 期11子技術(shù)清華大學(xué)出版社12 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 慶大學(xué)出版社五、元器件明細(xì)序號(hào)兀器件型號(hào)名稱(chēng)標(biāo)稱(chēng)值或功能數(shù)量1AD574AAD轉(zhuǎn)換器12281024CMOSEE

33、PROM(65535x16)137408J與門(mén)947432N或門(mén)55LM555CM555時(shí)基芯片4674LS160D計(jì)數(shù)器57ADG508F模擬幵關(guān)1874LS48D7段顯示譯碼器59SEVEN_SEG_COM_K七段數(shù)碼管5107404N反相器311PB_DPST按鈕式幵關(guān)51274LS175D4位鎖存器813SPDT單刀雙擲幵關(guān)314R、C常見(jiàn)阻容元件若干15PROBE指示燈416EMR011A035V繼電器217直流電源5V、15V各一個(gè)18K型熱電偶熱電偶119LT1025溫度傳感器120OPAMP_3T_VIRTUAL放大器221ADG202模擬幵關(guān)122BZZER蜂鳴器11.AD5

34、74AAD574A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：分辨率：12位非線性誤差：小于土 1/2LBS 或±1LBS轉(zhuǎn)換速率：25us模擬電壓輸入范圍：0 10V 和0 20V，0 ±5V 和0土 10V 兩檔四 種電源電壓：土 15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式V LOGIC 129GTS12/S 2

35、27D&HJMSBcs r325DS10ao r425口日9忒524D38CE t6q 231 DS7V+ 7i? 22DBSREFOJT 8£ 21DS5AGND 920DB4REFIN in19D33V- EIBD32BIPOFF 1217DS110V IN 1315D30/LSB20V IM W15DQNC圖6-1 AD574A 引腳圖AD574A 的引腳說(shuō)明：1 . Pin1(V Logic) 邏輯電源+5V 電源輸入端。2 . Pin2(12 /8 )數(shù)據(jù)模式選擇端，通過(guò)此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。3 . Pin3(CS )片選端，低有效。4 . Pin

36、4(A0)字節(jié)地址短周期控制端。與12/8端用來(lái)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。5 . Pin5( R/C)讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。6 . Pin6(CE)使能端，高有效。7 . Pin7(V+)正電源輸入端，輸入 +15V 電源。8 . Pin8(REF OUT) 10V 基準(zhǔn)電源電壓輸出端。9 . Pi n9(AGND) 模擬地端。10 . Pin 10(REF IN) 基準(zhǔn)電源電壓輸入端。11 . Pi n11(V-)負(fù)電源輸入端，輸入 -15V 電源。12 . Pin 12(BIP OFF)單極性輸入時(shí) BIP OFF接模擬公共地，雙極性 時(shí)BIP OFF接對(duì)應(yīng) 的-5V、-10V13 .

37、 Pin 13(10V IN) 單極性 010 V模擬量輸入；雙極性 0±5 V 模擬量輸入。14 . Pin 14(20V IN) 單極性 020 V模擬量輸入；雙極性0±10 V 模擬量輸入.。15 . Pi n15(DGND) 數(shù)字地端。16 . Pin16 Pin27(DB0 DB11) 12條數(shù)據(jù)總線。通過(guò)這 12 條數(shù)據(jù)總線向外輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。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(guò)此信號(hào)可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢(xún)信號(hào)之用。AD574真值表

38、 -CSR/C12/5AnM柞0XXX禁止X1XXX00冥0啟功12位轉(zhuǎn)換110 10XI啟動(dòng)B位轉(zhuǎn)撤101 . .1 1UlWICX一擾讀腰屹位輸出數(shù)據(jù)01DGNiJ0讀取髙g飾輸出魏據(jù)1 10:1rx；Nn1讀竄柢1位錨出數(shù)攥尾陸4個(gè)02.2810241M COMS EEPROM (65536X16 )A0A15 :地址輸入端DOD15 :數(shù)據(jù)輸出端圖6-2 281024 管腳圖281024真值表工作模式/CE/OE/WE讀取數(shù)據(jù)001寫(xiě)入數(shù)據(jù)010禁止1XX3.74LS160D»34 b 610 寸 74LS160D TC詩(shī)如5 g窗1 14 i3 1： 11圖6-3 74LS

39、160D 管腳圖4.ADG508F匚S7A2圖6-4 ADG508F 管腳圖ADFG508F真值表AlADr EMKXKNorte0a011001120101301114100151a1161i017111181?TTIoL5145.74LS48ABCDLT_ BI/REO kbT圖6-5 74LS48管腳圖74LS48真值表+進(jìn)敎輸入BI/RBO輸出或功能LTRBID C B Aabcdef0Hn0 0 0 0H11L11101HK0 0 0 1H011aa002H耳0 0 10H110i1013H0 0 11H1IIi0014H0 1 0 0E01100115Hx0 10 1H101101

40、16HK0 110H0D111117H0 111H11Iu006HXI 0 0 0H11111gHz10 0 1H1110011IDHX10 10且0U0110111M10 11H0011001I?H耳110 0H010001113HX3 10 1H100I01114HK1110H000111115H常1111E0000000BIXItX 31 M KL0000000RBIHL0 0 0 0L000a000LTLXKK KH1IIi1116.74LS175*JI Hh"df7 VCP酣鐘輸兀濮C匚軒汨有淞）CW；育除科I：低電.半白過(guò)丿ir4n鍛茶輸入坯tl洋吃壓7Vfft入電LkM

41、 74(75 M/74SI755r5V54 74LS15TV工件環(huán)境淤度54X X X-55125'CXX X X口利匸儲(chǔ)存汩喳-650ISU'CIQ4Q輸出喘圖6-6 74LS175D 管腳圖74LS175D功能表InpuiGOUIPLIIKClearClockDaQ>rLXXLHHTMHLHrLLHHLXOoObH 高電半L低電平 汁低到島逆變 X任意Z高阻 Q0 規(guī)定的穩(wěn)態(tài)輸入條件建立前Q的電平7.74LS85N-tc1&15B；14人2136i 皚12 111 1091U 0 >A=E >A>Bs UJ LJ IdC*A>b 0山&

42、#163; 0人電 GND圖6-7 74LS85N 管腳圖74LS85真值表OUTPUTSCASCADINGWPIJTSCOMPARING INPUTSA 工啟 3A2，B2 AiBi Ao：En Ia>8 >A<B <A=B OA>B Oa<B CASSLLLLLLLLLLHLLXXXXXXo o o o o o o X X X X < F = -r F =oo&cro&ca A A A A A A A8 1引引B 1田 bcob 1B 1 X X > < - - - 5 -= 4 1 1 A A A A A A A A A22222222222> < =一«="= A2陀A2A2繪A2A2血隹A2A233333 33 3 33333 bbbbbbbbbbbbb ><=竺 s = »_ = 33