溫度控制電路設計

1、專業(yè)與班級：中興 121姓名：黃鵬飛學號：6100212197溫度控制電路設計、設計任務設計一溫度控制電路并進行仿真。二、設計要求基本功能：利用AD590乍為測溫彳感器，Tl為低溫報警門限溫度值，Th為高 溫報警門限溫度值。當T小于Tl時，低溫警報LED亮并啟動加熱器；當T大于 Th時，高溫警報LED亮并啟動風扇；當T介于Tl、Th之間時，LED全滅，加熱器 與風扇都不工作（假設 Tl = 20C, Th= 30C）。擴展功能：用LED數(shù)碼管顯示測量溫度值（十進制或十六進制均可）。三、設計方案AD590是美國ANALOG DEVICES司的單片集成兩端感溫電流源，具輸出電 流與絕對溫度成比例。

2、在4V至30V電源電壓范圍內，該器件可充當一個高阻抗、 恒流調節(jié)器，調節(jié)系數(shù)為1 a A/Ko AD590適用于150c以下、目前采用傳統(tǒng)電氣 溫度傳感器的任何溫度檢測應用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，使它成為許多溫度測量應用的一種很有吸引力的備選方案。應用AD590時,無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結補償。主要特性：流過器件的電流 （nA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（K）度數(shù)；AD590的測溫范圍為-55C+150C； AD590的電源電壓范圍為 430 V,可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損 壞；輸出電阻為 710mQ ;

3、精度高，AD590在-55 C +-150 C范圍內，非線性 誤差僅為 0.3基本使用方法如右圖。AD590的輸出電流是以絕對溫度零度（-273 C）為基準， 每增加1C,它會增加1仙A輸出電流，因此在室溫25c時，其 輸出電流 I out= （273+25） =298 卜 A。Vo的值為Io乘上10K,以室溫 25c而言，輸出值為 10Kx 298 仙 A=2.98V。測量M時，不可分出任何電流，否則測量值會不準。溫度控制電路設計框圖如下：溫度控制電路框圖由于Multisim 中沒有AD59姍度傳感器，根據(jù)它的工作特性，可以采用包 流源來替代該傳感器，通過改變電流值模擬環(huán)境溫度變化。 通過溫

4、度校正電路得專業(yè)與班級：中興121姓名：黃鵬飛學號：專業(yè)與班級：中興121姓名：黃鵬飛學號：6100212197到實際攝氏溫度電壓值（可適當放大到幾伏特，不超過 5V）,再送溫度判決電路 判決，需根據(jù)報警溫度確定門限比較電壓值， 電路均可用運算放大器及電壓比較 器來實現(xiàn)?？刹捎萌龢O管和繼電器（RELAY來控制驅動風扇與加熱器，在仿真 中用DCMOTO代替風扇、HEATE戳替力熱器，并加上發(fā)光二極管來指示其是否 工作。溫度顯示部分可采用 ADC模數(shù)轉換芯片來實現(xiàn)，將實際溫度電壓值通過 ADC5片轉換成數(shù)字邏輯信號再通過數(shù)碼管顯示。CommentDescriptionDesignatorQuant

5、ityAD590U51直流電機B11瓷片電容33uFC11LEDD1, D2, D3, D4, D55數(shù)碼管DP1, DP22LM7805P11滑動變阻器10kR1, R7, R9, R104電阻10kR2, R3, R4, R5, R65電感1HU72LM324NU11ADC0809U21SN7448NU3, U42有源晶振Y1174LS161U5,U62繼電器Y5 .Y62跳線帽U3,U9,U11,U128NPN三極管8050U13,U15,U15,U168排針U17,U18,U19,U204四、電路仿真與分析1）總體仿真圖22專業(yè)與班級：中興 121姓名：黃鵬飛專業(yè)與班級：中興 121姓

6、名：黃鵬飛學號：61002121972)溫度采集電路和應答電路溫度采集：AD590美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它 的主要特性如下：流過器件的電流(mA等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度,AD590 的測溫范圍為-55C到+150C。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1mA 相當于溫度變化1K。AD590的輸出電流I= (273+T)a A (T為攝氏溫度)，因此 測量的電壓V為(273+T) pAX 10K= (2.73+T/100) V。為了將電壓測量出來又 務須使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓跟隨器具輸出電壓 V2等于輸入電 壓V。(左圖)應答電路：本設計采用的是LM

7、324系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。LM324系列由四個獨立的，高增益，內部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓 范圍經(jīng)營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的幅 度。AD590勺電壓經(jīng)過射隨器之后，進入電壓比較電路，TL (20C)為低溫報警門限溫度值，TH (40C)為高溫報警門限溫度值。所以比較電壓的上下門限為 V= (273+T)A AX 10K= (2.73+T/100 ) V即 2.93V3.03V。當溫度低于 20c時， 射隨器的電壓低于2.93V的門限，加熱電路啟動，電熱絲工作，使溫

8、度升高。當 溫度高于20c時，射隨器的電壓高于3.03V的門限，散熱電路啟動，風扇啟動， 使溫度升高。(右圖)2)顯示電路(模數(shù)轉換)ADC0809是CMO卻片型逐次逼近式 A/ D轉換器，內部結構如圖13.22 所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型 D/A轉換器、逐次逼近電路。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使 ALE=1,將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC俞出信號變低，指示轉換正在進行。直到 A/D轉換完成，EO3為高電平，指示 A/ D轉換 結

9、束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。本設計只有一路輸入，所以地址既為 001,基準電壓為 REF(+) =5.29V, REF(-) =2.73V 0 因為 ADC0809 為 8 路輸出，即(5.29-2.73 )/ (2A8) =0.01V 輸出端接2個7448N譯碼器，分為高位和地位輸出，且都是16進制表示。專業(yè)與班級：中興121姓名：黃鵬飛學號：6100212197專業(yè)與班級：中興121姓名：黃鵬飛學號：6100212197左圖：T為37 C,此時I為310uA,射隨器后的電壓為 3.10V,高于TH

10、的門限電壓 3.03(TH=30 C),所以散熱電路啟動。顯示電路顯示16進制數(shù) 25,轉換為十進制：2*16+5=37=T ,即為該時刻的實時溫度。右圖：T為12C,此時I為285uA,射隨器后的電壓為 2.85V,低于TL的門限電壓 2.93(TL=20 C),所以加熱電路啟動。 顯示電路顯示16進制數(shù)0U (查看下圖數(shù)碼管 16進制顯 示圖)，轉換為十進制：0+12=12=T ,即為該時刻的實時溫度。7段數(shù)碼管16進制的表示方法如下：專業(yè)與班級：中興121姓名：黃鵬飛學號：6100212197M M I I I I I I I I I 4 I I |五、面包板隹隔調禽Il I i M i

11、 i v i 4 i iI I I I I 4I i v 111 I V Ii M M I I I I I I I I I 4 I I |五、面包板隹隔調禽Il I i M i i v i 4 i iI I I I I 4I i v 111 I V Ii 1*r I i i t|im i. t * 411 ii* TOC o 1-5 h z VI I I I IMI | iIII I | f rp p* *ii i I I IrI * i)* f * i* M I II * M n . I Eh- | r I M I I I r m 1 11 k m專業(yè)與班級：中興 121姓名：黃鵬飛學號：6

12、100212197六、系統(tǒng)設計（PC股計、制板、焊接與調試）1、測溫電路測量溫度的方法多種多樣，測溫傳感器是決定技術指標的關鍵元件， 設計訓 采用AD590乍為溫度傳感器。且AD590ft接接12V的電壓，不可為5V,理由為AD590 是與10K的電阻用連，當溫度上升到30攝氏度時電阻兩端的電壓為3V而供電電 壓為5V。由此可知AD590兩端的電壓為2V這一電壓遠遠低于正常工作電壓。具 他的元件工作電壓有5V的電壓，所以設計加入了一個 7805W穩(wěn)壓芯片，為其他 芯片供電。2、應答電路經(jīng)過運放器的輸出端接一個 LED燈，并且并接一個跳線帽，用做輸出的指 示信號，正常工作可將其短接。LM324勺

13、輸出不可直接驅動電機和電熱絲，所以 由一個NPNE極管和繼電器組成開關電路。當輸出有響應時， NPNE極管基極有 電流通過，三極管導通，繼電器接通，隨之驅動電機和電熱絲。繼電器后接LED指示燈，用以報警。屬于AD59O的溫度自動碼掛與黑示設備屬于AD59O的溫度自動碼掛與黑示設備專業(yè)與班級：中興 121姓名：黃鵬飛專業(yè)與班級：中興 121姓名：黃鵬飛學號：61002121973、模數(shù)轉換1 ) ADC0809必須由外部提供時鐘信號，需要一個時鐘脈沖輸入端，要求時 鐘頻率不高于1000KHZ不低于10KHz之前的想法是用NE555經(jīng)過多諧振蕩產(chǎn) 生500kHz左右的脈沖，但是用面包板調試之后發(fā)現(xiàn)

14、 NE555產(chǎn)生頻率過高的脈沖 會失真，且相當不穩(wěn)定，有時候不起振。所以最后還是選擇了用有源晶振產(chǎn)生 500KHz左右的脈沖，有源晶振接通后輸出的頻率為12MHz也不符合 ADC0809的時鐘脈沖輸入，所以又經(jīng)過了 2次分頻，先8分頻在4分頻，即12M/4/8=375KHZ 滿足了 ADC0809M鐘脈沖輸入。ADCW可正常工作。(時鐘脈沖輸入采樣頻率越GKDIndtetGN10DUH.CLKOI-CAP-DIP 22OTvccvccGKDIndtetGN10DUH.CLKOI-CAP-DIP 22OTvccvcc1-uCLMCLR VOCCLK 8POQOFlQIP2Q2P3QJENP EN

15、T(JND LD西 丁 T,iCLR VCC CLKCOPOQOPIQIP2Q2P3Q3ENP ENTG：口LD16 71$ BL215 vH_3_14 丁 3H G413：? JB Q；_5_12 CLK6i.i o q 白11 “10 A-cr|Z_IQ K8嚴8g 1pevcc voc 那-=-74LS161VCC -=-74LS161VOCGNDGND2 ) ADC080睬樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行模一數(shù)轉換的器件。其 內部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D轉換。8路只要選一路即可，參考電壓出有 2 個10K的

16、滑動變阻器構成，可以方便的將參考電壓調整，輸出端接2個譯碼器分 別為16進制的高位和低位，譯碼器為7段共陰數(shù)碼管。bFrVCC卜期史30DPYE卜6NDDPAIGNDl|13ADDA ADDB ADDC -ALE.RE7-1DKGKDU7bFrVCC卜期史30DPYE卜6NDDPAIGNDl|13ADDA ADDB ADDC -ALE.RE7-1DKGKDU7REF-KZF-酶 Ef即 AITideNEtHT所吐和!A4匚 PY-6%KK4、原理圖和PCB專業(yè)與班級：中興121姓名：黃鵬飛學號：61002121975、實物照片第一張為溫度為12c (0*16+12=12)低溫的照片第二張為溫度

17、為50 C (3*16+02=50)高溫的照片8專業(yè)與班級：中興 121姓名：黃鵬飛學號：6100212197七、設計總結通過這次實訓I ,我發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)實設計中還需要注意很多的細節(jié)，包括程序設計和硬件設計都要我們小心仔細，一個地方出錯就可能會整 個系統(tǒng)失效。在硬件設計時，由于電路圖轉印不好使得腐蝕后的電路 板出現(xiàn)斷線，在調試過程中引來很大的麻煩，在調整顯示時，數(shù)碼管 的刷新率也是一個要考慮的因素。其次，PC股計我們要把電路圖弄清楚，要知道每一個器件的意義和電路板的原理， 還有電路是怎么走 的，每個線路是如何導通都要先弄清楚， 這樣我們才能明白整個電路 是怎樣的，其次，在電路板上元器件并不是像書本上那樣排版位置很 好，實際中會碰到器件位置排版情況很難的時候，電路板上器件的排 版會使焊接的點靠的很近，不容易去焊接，所以我們要去想哪種才是 最好的排版位置方式。本次設計電路原理圖時還有一個錯誤， 這一錯誤導致電路不能正 常工作，在看AD590的資料后，發(fā)現(xiàn)AD