電設(shè)輸出板教材

課程設(shè)計名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計題目：平均氣溫測量系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)期：2012-2013學(xué)年第2學(xué)期專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動化班級：電力11-3班姓名：田軍凱學(xué)號：1109130216指導(dǎo)教師：回立川遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計成績評定表評定標(biāo)準(zhǔn)評定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)評定合格不合格單元電路及整體設(shè)計方案合理性正確性創(chuàng)新性仿真或?qū)嵺`是否進行仿真或?qū)嵺`技術(shù)指標(biāo)或性能符合設(shè)計要求有完成結(jié)果設(shè)計報告格式正確內(nèi)容充實語言流暢標(biāo)準(zhǔn)說明：以上三大項指標(biāo)中，每大項中有兩小項或三小項合格，視為總成績合格?？偝煽?nèi)掌谀暝氯照n程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目平均氣溫測量系統(tǒng)的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)1.檢測顯示氣溫功能。測溫范圍-40～80oC。2.利用感溫電阻測量三處不同地點的氣溫，取平均值（用模擬求和電路實現(xiàn)），結(jié)果以0~5V電平輸出。3.實現(xiàn)與給定氣溫比較功能，并進行聲光報警。三、設(shè)計計劃電子技術(shù)課程設(shè)計共1周。第1天：選題，查資料；第2天：方案分析比較，確定設(shè)計方案；第3～4天：電路原理設(shè)計與電路仿真；第5天：編寫整理設(shè)計說明書。四、設(shè)計要求1.畫出整體電路圖。2.對所設(shè)計的電路全部或部分進行仿真，使之達到設(shè)計任務(wù)要求。3.寫出設(shè)計說明書。指導(dǎo)教師：回立川時間：2013年6月17日摘要關(guān)鍵詞：系統(tǒng)；溫度測量；測溫電橋；濾波；子系統(tǒng)隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測量及監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色，它對人們的日常生活有很大的影響，所以溫度采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與研究有十分重要的意義。本次設(shè)計的目的在于學(xué)習(xí)設(shè)計基于集成運放、模擬運算電路、電壓比較器、測溫電橋、濾波電路等基本電路的多路溫度采集監(jiān)控系統(tǒng)，本次設(shè)計以上述幾種電路作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，采用測溫電橋（傳感器）采集溫度信號，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號，在溫度顯示環(huán)節(jié)在將電壓信號轉(zhuǎn)化為溫度信號，測量系統(tǒng)所處環(huán)境可能存在干擾，故采取多點測量求平均值以減小誤差，這一環(huán)節(jié)要靠模擬運算電路完成。由于溫度變化緩慢，所以應(yīng)在系統(tǒng)中加低通濾波電路避免外界高頻信號的干擾。電壓比較器及報警系統(tǒng)可以使溫度超過預(yù)定溫度發(fā)出報警信號，本設(shè)計以發(fā)光二極管的光信號作為報警信號。本設(shè)計可實現(xiàn)多路溫度檢測與監(jiān)控及溫度異常報警功能，方便管理員及時了解倉庫中各點溫度并可對溫度的異常變化及時作出反應(yīng)，為工作減少很多麻煩。整個系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，故分解成一系列子系統(tǒng)，也就是上述的各種電路，在保證各個子系統(tǒng)能正確運行的情況下，然后將各個子系統(tǒng)合理連接，并通過確定合適參數(shù)并通過調(diào)試保證系統(tǒng)能按照預(yù)期運行。綜述由于溫度檢測控制系統(tǒng)不論在生活中還是工程商都具有非常重要的作用，這一課題已經(jīng)被人們用多種方法解決，其中最成功的的是基于51單片機的溫度測量控制系統(tǒng)的設(shè)計，此外在溫度檢測方面，AD950因其檢測方便迅速，原理簡單日趨成為主流。溫度測量與控制電路是在實際應(yīng)用中相當(dāng)廣泛的測量電路。本次設(shè)計主要運用基本的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的知識，從基本的單元電路出發(fā)，實現(xiàn)了溫度測量與控制電路的設(shè)計?？傮w設(shè)計中的主要思想：一、達到設(shè)計要求；二、盡量應(yīng)用所學(xué)知識；三、設(shè)計力求系統(tǒng)簡單可靠，有實際價值。溫度傳感采用熱電偶和溫度補償原理，為防止誤差采用了多點采集求平均值的思想，盡可能地使結(jié)果精確。設(shè)計任務(wù)用感溫電阻測量三處不同地點的氣溫，取平均值（用模擬求和電路實現(xiàn)），結(jié)果以0~5V電平輸出。3.實現(xiàn)與給定氣溫比較1.檢測顯示氣溫功能。測溫范圍-40～80℃2.與預(yù)定溫度比較，并進行聲光報警。設(shè)計內(nèi)容1.原理電路的設(shè)計：包括溫度測量電路、溫度電壓的變換、放大與比較電路、低通濾波電路、報警電路、輸出轉(zhuǎn)換電路。2.畫出各部分電路原理圖，并對其功能進行分析。3.將各部分電路合理連接，保證系統(tǒng)能正常工作。4.對電路的部分或者整體進行仿真，驗證系統(tǒng)的可行性。多路溫度采集監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1溫度采集與顯示系統(tǒng)熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。上圖所示電路中，熱敏電阻采用100鉑熱電阻，其阻值隨溫度變化而不斷變化，而且這種變化是非線性的，不同溫度下其阻值大小可由如下公式求解

對于0～850℃的溫度范圍：

=×(1+At+Bt+Bt2)

以上兩式中：

在溫度為t時鉑熱電阻的電阻值，Ω；

t溫度，℃；

在溫度為0℃時鉑熱電阻的電阻值，Ω；

A常數(shù)，其值為3.9083×10^(-3)，℃^(-1)；

B常數(shù)，其值為-5.775×10^(-7)，℃^(-2）在如圖1所示的橋式電路中，如果，式中為滑動變阻器的阻值，為該環(huán)境溫度下鉑熱電阻的溫度，若等式成立，則電橋平衡，，若等式不成立，，兩個輸出端間將產(chǎn)生電位差，不考慮干擾，這個電位差是由溫度變化引起阻值變化引起，所以此電路的功能是將外界的溫度變化信號轉(zhuǎn)變成變化的電壓信號，當(dāng)然電路的參數(shù)應(yīng)該預(yù)設(shè)定，假設(shè)常溫25℃，由分度表查得此時的=110,由于三個測溫電橋結(jié)構(gòu)相同，現(xiàn)只取其中一個進行分析如下：

==溫℃線性變化的，所以將電流顯示改裝成溫度顯示的時候應(yīng)注意溫度刻度并非在表盤上均勻分布，所以電流表顯示與當(dāng)前溫度具有的非線性關(guān)系可表示為：-40℃~80℃時2.2低通濾波電路圖3所示的電路為一無源低通濾波電路，由于溫度信號變化緩慢，屬于低頻信號，為防止溫度測量系統(tǒng)受環(huán)境的影響下電路中高頻噪聲的干擾，特加入低通濾波電路，濾除掉系統(tǒng)中的高頻噪聲，使系統(tǒng)更加精確和穩(wěn)定，為達到濾波效果和不引起失真，系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定也應(yīng)予以嚴(yán)格控制，令，則可得出此低通濾波器的幅頻特性、相頻特性表達式為，，由分析可知，?時，，為了盡量減小失真，應(yīng)該使在不引起濾波性能的前提下盡可能地大，本濾波器應(yīng)使電容C較小而R較大，以滿足設(shè)計要求。2.3模擬運算電路圖4所示電路為一連接緩沖電路，通過集成運放將雙端輸出轉(zhuǎn)變成單端輸出，其輸入輸出關(guān)系如下輸入級參數(shù)具有對稱性，是雙端輸入的比例運算電路，可實現(xiàn)差分放大功能，其輸入輸出關(guān)系為，只要，則有，圖5所示電路為一模擬運算電路，其功能是將三個溫度采樣點采集的反應(yīng)溫度大小的電壓信號通過求和與比例運算達到求平均值的目的其輸出將作為下一級電壓比較器的輸入，由于虛斷，令，所以，所以，又由于虛短，綜上2.4溫度監(jiān)控與報警電路圖6為一電壓比較器，其功能是將采集后并經(jīng)過模擬運算的表示溫度的電壓信號與表示預(yù)定溫度的電壓信號進行比較，比較的結(jié)果將作為下一級電路的驅(qū)動信號，圖7報警電路，上一級電壓比較器的輸出作為其輸入信號，如果采集的三個電壓信號求均值后小于預(yù)設(shè)定溫度所對應(yīng)的電壓，則電壓比較器輸出低電平，導(dǎo)PNP型晶體管導(dǎo)通，如果參數(shù)選取適當(dāng)，發(fā)光二極管將導(dǎo)通發(fā)光，作為報警信號指示平均溫度低于與設(shè)定溫度；如果電壓比較器輸出高電平，則NPN型晶體管將導(dǎo)通，電路參數(shù)合適，發(fā)光二極管將導(dǎo)通發(fā)光，作為報警信號，指示環(huán)境溫度高于預(yù)設(shè)定溫度假設(shè)設(shè)兩個發(fā)光二極管和晶體管參數(shù)相同，晶體管放大倍數(shù)為，發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降均為發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降比一般二極管大很多，由發(fā)光二極管的發(fā)光條件可知，除滿足發(fā)光二極管端電壓大于導(dǎo)通電壓外，通過發(fā)光二極管的電流須限制在其允許通過的電流的最大值與最小值之間，即，若上一級電壓比較器輸出高電平作為報警系統(tǒng)的輸入，此時，晶體管T1導(dǎo)通對T1，，，若基極電阻與集電極電阻選取合適，則發(fā)光二極管D3，將導(dǎo)通發(fā)光，表明此時測得溫度高于預(yù)定溫度。當(dāng)電壓比較器輸出低電平作為報警電路輸入時，電路工作原理與上述類似，在此不再贅述。2.5電路的整體構(gòu)成通過查表可得出在常溫20℃時，的阻值為110，設(shè)此時,根據(jù)常溫下電橋應(yīng)保持平衡的條件，，設(shè)V1=12V若℃，，，。若℃，，，。若℃，，，。，，可選用量程為100的雙向電流表。若℃，。若℃，。若℃，。但表頭的刻度并非均勻分布，滿足如下關(guān)系，A=3.9083×10^(-3)，℃^(-1)；

B+-5.775×10^(-7)，℃^(-2）。參數(shù)適當(dāng)將使得濾波器為理想低通濾波器，則濾波器輸入輸出關(guān)系近似表示為，信號幾乎無失真地通過濾波器。在輸出轉(zhuǎn)換電路中，通過理想運放，根據(jù)其運算關(guān)系，若，則輸入輸出對應(yīng)關(guān)系為。在模擬求和求均值電路中，，根據(jù)運算關(guān)系不難得出，此幾輸入輸出關(guān)系為，對應(yīng)預(yù)定溫度的模擬運算電路的輸出電壓值，若實際輸出溫度大于預(yù)定溫度，由上級電路的關(guān)系可知，實際輸出電壓值將大于此預(yù)定值，則比較器此時輸出高電平；若實際溫度低于預(yù)定溫度，則電壓比較器將輸出低電平，電壓比較器輸出電平將作用于報警電路，輸出電平的不同則報警電路的工作狀態(tài)不同。這正是判別溫度高于或低于預(yù)定值的基本原理。報警電路中發(fā)光二極管參數(shù)相同，導(dǎo)通電壓導(dǎo)通時電流應(yīng)滿足，設(shè)晶體管的放大倍數(shù)當(dāng)，，，得到，發(fā)光二極管可正常導(dǎo)通發(fā)光。指示當(dāng)前溫度高于預(yù)設(shè)定溫度。反之，比較器輸出低電平電路工作原理類似。心得體會這是大學(xué)以來的第一次課程設(shè)計，由于前期理論知識掌握得不太牢固，加上缺少這方面的經(jīng)驗，在設(shè)計時候遇到了許多問題，這都暴露了自身的不足。比如將各個基本電路級聯(lián)的時候，由于沒能牢固掌握集成運放的原理及分析方法，在將雙端輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出時遇到了不少麻煩，而且在模擬運算電路運算環(huán)節(jié)，確定電路參數(shù)時也出現(xiàn)了錯誤，在老師的熱心指導(dǎo)下終于解決了這些問題。這次課程設(shè)計，更多的暴露了自己以前只注重理論知識的學(xué)習(xí)，不能聯(lián)系實際的問題，使我明白了理論應(yīng)當(dāng)與實踐聯(lián)系起來，在實踐中被檢驗。這次設(shè)計從確定題目到初稿，也考驗了自己的綜合能力，從CAD作圖到版面排版，都有過很多曲折。這次課程設(shè)計，感覺自己收獲了很多，首先是發(fā)現(xiàn)了自己的專業(yè)知識準(zhǔn)備不足或不充分的地方有很多