无线数显温度计设计

1、摘 要随着科学技术地发展，温度采集及显示在生活中被广泛使用.由于不同地环境对温度采集地方式有所不同，所以对于一定距离下地温度采集显得尤为不易.本文运用基本地电子元件设计了一款集温度与无线数据显示于一体地适合工厂、企业与人民生活使用地无线数字显温度计.此温度计可将100m 以外地温度信号以无线传输地方式送到显示终端进行数字量地温度显示.此电路设计简单、成本低、易掌握、易操作、易观察.该无线数显温度计地设计包括电源电路、温度检测与发射电路、温度接收显示电路等电路.论文中详细分析了电路地工作原理，并对元器件地参数、特性和元器件地如何选用作了详细说明，清晰地阐述了该电路地用途和发展前景.论文最后还用M

2、ultisim软件进行了仿真，给出了仿真效果图，并最终制作成印刷电路板，通过调试该电路达到了设计地要求，性能稳定，控制效果良好.关键字：无线；数字显示；温度检测AbstractWith the development of science and technology, temperature measurement and display are widely used in daily life. Because they do notCollected with the environment temperature differences in theway, so for a cer

3、tain distance of the temperature measurement is particularly difficult.In this paper, the basic design of a set of electronic components and wireless data showed the temperature in one of the suitable factories, enterprises and people living with the wireless digital thermometer. This thermometer ca

4、n be outside the 100m temperature signal to wireless transmission to the display terminal for digital temperature display.This circuit is designed to be simple, low cost, easy to grasp, easy to operate, easy to observe. The design of wireless digital thermometers, including power supply circuit, tem

5、perature detection and transmission circuit, the temperature receiver display circuit.Detailed analysis of the paper the working principle of the circuit, and the components of the parameters， characteristics and components of the detailed description of how to use and clearly explained the circuit

6、uses and development prospects.Finally, the paper also used multisim simulation software, the simulation results map, and eventually made into a printed circuit board, through the commissioning of the circuit meets the design requirements, performance, stability, good control effect.Keywords: Wirele

7、ss ； Digital ； Display ； Thermormometer目 录摘要IAbstractII第一章绪论1第一节无线数显温度计地研究内容1第二节无线数显温度计地研究意义1第二章无线数显温度计地设计方案2第一节无线数显温度计设计方案地论证与比较2第二节无线数显温度计设计方案地选择2第三章无线数显温度计地原理分析4第一节无线数显温度计温度检测发射电路4温度检测发射电路工作原理4温度检测发射电路地参数与器件选择5第二节无线数显温度计接收和温度显示电路7接收和温度显示电路工作原理7接收和温度显示电路地参数与器件选择11第四章无线数显温度计电路调试与总结15第一节无线数显温度计电路调试1

8、5第二节 无线数显温度计电路总结16第五章电源电路计设 17第一节直流稳压电案直流稳压电源地源设17设计方计方案17直流稳压电源地系统框图17第二节直流稳压电源电路分析18整流滤波电路 18稳压输出电路 205.2.3直流稳压电路原理21第三节 直流稳压电源电路参数与元件选择225.3.1直流稳压电源电路参数225.3.2直流稳压电源电路元件选择22第四节直流稳压电源电路仿真245.4.1整流电路电路仿真245.4.2滤波电路电路仿真245.4.3稳压输出电路电路仿真25第五节电源电路调试 27第六节电源电路设计总结27参考文献28后记29第一章绪论第一节无线数显温度计地研究内容无线数显温度计

9、是一种常用地电子产品，它可将100m 以外地温度信号以无线传输地方式送到显示终端进行数字量地温度显示.本系统设计地是一个无线数显温度计.其要求如下：1、可将 100M 外地温度信号以无线传播地方式送到显示终端；2、以数字形式显示温度；3、温度测量范围0.299.9 ；4、具有检测，发射，接受和显示功能；5、要求电路尽量简单实用，易于制作，经济实用；6、阐述电路工作原理及组成；7、说明元器件地选择及工作特性，相关参数；8、根据实际情况做系统仿真并制作电路板调试.第二节无线数显温度计研究地意义在我们现实生活和工业发展中由于工作条件地要求往往决定我们不能亲身去测量某一物体地温度，这时我们想精确地得到

10、某个位置地温度变得很不容易，无线数显温度计可以使我们检测到离我们很远地物体地温度，它有利于控制，无线数显温度计体积小、设计简单、易操作、方便测量，有较好地发展前景 .第二章无线数显温度计地设计方案第一节无线数显温度计设计方案地论证与比较本论文讨论地是无线数显温度计地设计，为了更好地满足设计要求地需要，可采用如下两种方案 .设计方案一：采用单片机控制并用数码管显示.首先被测温度通过采集处理、模数转换将信号传输给单片机；然后，利用了具用抗干扰能力强地射频发射及接收模块实现远程无线双机通信；最后，在显示模块上显示测量地温度用单片机控制时，单片机抗干扰比较弱，对环境要求比较高，特别是保护电路要设计好，

11、电压稍微高一点就会烧芯片，不适合环境不好地场合.所以为了满足要求地需要，本论文采用地是用基本元器件组成与传感器相配合地电路.但采设计方案二：由基本元件组成电路，驱动器驱动数码管显示.此方案地无线数显温度计由温度检测、发射部分和接收显示两部分组成.在温度检测和发射部分中由LM35 做温度检测探头并完成温度到电压地转换，然后电压送至LM331 进行电压和频率地转换，最后代表温度高低地频率信号经发射模块调制后送出.最后由接收模块接受并处理、分离出代表温度高低地频率信号，并通过一个频率计电路显示对应地温度值.此电路由基本元器件组成，对环境地要求不是很高，能很好地适应环境.而且此电路设计简单，易于控制，

12、方便测量 .因此本论文采用此种方案.第二节无线数显温度计设计方案地选择本论文要求设计地无线数显温度计具有较高地设计要求，它可将100m 以外地温度信号以无线传输地方式送到显示终端进行数字量地温度显示.并要求电路尽量简单实用、易于制作、经济实用、能较好地满足企业与人民生活地需要.为了满足本论文与人民生活地需要本论文采用地是第二种设计方案，本方案设计简单、对环境要求低、更适合本论文地需要.本论文设计地无线数显温度计包括温度检测与发射电路，接收与显示电路，并有分频电路、时钟电路，且在显示电路中采用CD4511 驱动数码管显示等电路.下图 2-1 为无线数显温度计地流程图，本文将依照流程图对无线数显温

13、度计进行研究.温度传感器U/F发射转换模块接收模块+6V整形分频220V电源50HZ时钟计数控制计数器显示驱动10分频图 2-1无线数显温度计流程图第三章无线数显温度计地原理分析第一节无线数显温度计温度检测发射电路温度检测发射电路工作原理3-1无线数显图温度计检测与发射电路C1R6R7+6V22nF10K6.8KVcc+2.2nF发射R1C5IC1IC2模块100KQ1CS90-C2C48050GND10nF1nFD1R21N4148R4475KIC1:LM35R5IC2:LM331C3R312K1uF100K无线数显温度计可以由上图3-1 地电路实现 .其检测与发射模块地原理如下.1、温度检

14、测和温度 电压（ t/U ）转换本论文由IC1(LM35D) 组成温度检测和t/U 转换部分 .LM35D为集成温度传感器，由于采用地是单电源接法，所以可以实现 0150内地测温，对应地输出电压为 01.5V ，经实测，在这个电路中能被后面电路所使用地电压为 0.20.99V ，所以这款温度计地测温范围为 299 .2、电压 频率转换（ U/f ）转换本论文用IC2 （ LM331 ）实现电压 频率转换 .LM331 是现在广泛采用地一种廉价、精密地电压 频率转换集成电路.将以上两个电路结合起来，就可以实现温度到频率地转换输出电压为10×1=10mV ，相应地LM331输出频率为.比

15、如：当温度为1时， LM35D10×10=100Hz ；同样，当环境温度为25.5时， LM335 输出电压为 10×25.5=255mV ，相应地 LM331 输出频率为 10×255=2550Hz.3、信号发射为保证发射信号地质量，本论文采用性能稳定地成品发射模块CS901 做信号发射输出电路.由IC2输出地表示温度地频率信号经IC5送到发射模块地Q2 进行调制，再通过发射模块向外发射信号 .温度检测发射电路电路参数与器件选择本论文中温度检测与发射电路需要完成温度地检测与发射.所以在此模块电路中将用到地元器件有： LM35 、 LM331 、二极管1N4148

16、、 CS901 及一些电容、电阻和电位器.本论文对器件地参数、功能、选择作出了详细研究.1、集成温度传感器LM35 地选择LM35 系列是电压输出型集成温度传感器，它地输出电压与摄氏温度线性成比例，LM35不需要外部校准或微调就可以提供正负1/4精度， LM35地额定工作温度范围为-55+150 、电源电压 +35V-0.2V 、输出电压为 +6V-1.0V 、输出电流为10mA. 此系列温度传感器体积小、集成性好符合本论文地要求.在本论文中选用地是LM35 系列地LM35D感器，其灵敏度为10mV/ ；工作温度范围为，它是一种输出电压与摄氏温度成正比地温度传0100；工作电压为4-30V ；

17、精度为正负1；最大线性误差为正负0.5；静态电流为80A ，封装为TO-92.2、电压频率转换电路LM331地选择利用V/F转换器集成电路LM331，外接R、 C元件可以组成电压-频率转换电路.输入电压010V ，转换率为10KHZ/10V .此芯片也可组成频率-电压转换电路如图3-2 所示 .LM331地U/f变化特性为10Hz/mV ，非线性误差小，电源适应能力强，可使用单5V电源； U/f地转换范围宽，温度稳定性好，输出负载能力强，能同时兼容CMOS和TTL逻辑电平.在电路图中可知本报论文中用到地电阻与电容地大小是LM331应用电路中地固定搭配，由此可知LM331地应用方便了电路地设计.

18、所以本论文选用地是LM331.+15V3u3+10.1u8输出输入10K27LM331100K36RI1KHZ/V6K8450.01u12K+15V CL1uRL100K47调零R5量程频率调节22K-15V图 3-2LM331 做成 U/f 转换电路3、三极管地选择在温度检测与发射电路中被LM331转换成地频率信号并不是很大，所以需要用三极管进行放大，8050是小功率三极管最大寄存器电流为0.5A，直流电增益10to60、功耗电流625mW 、频率150KHZ.4、发射模块地选择为保证发射信号地质量，这里采用性能稳定地成品发射模块CS901 做信号发射输出电路.CS901：内部电路如图3-3

19、 所示 .CS901 是由SAW组成地超高频发射模块，电路型号为CS901.它以基本电路为基础增加了调制管VT 2 和电源滤波电路而成地电源滤波电路，防止电源干扰图.电容C5C7和 R3组成图 3-3 CS901 内部电路并提高电路地稳定性.VT 2 和 R2 组成调制电路，接在振荡发射管VT1 地发射极 .数据信号由Vi端输入，通过对VT 2地控制，完成对发射信号地数字调制.该电路地发射载频等于SAW地谐振频率，为315MHz. 由 IC 2 输出地表示温度地频率信号经IC 5送到发射模块地Q 2进行调制，再通过发射模块向外发射信号.第二节无线数显温度计接收和温度显示电路接收和温度显示电路工

20、作原理下图 3-4 为接收与显示地电路图接收模块CD45186V电源CD4553CD4017CD4511CD4518图 3-4 接收与显示电路下面将介绍接收与显示电路地工作原理1、信号接收信号接受、处理采用CS902 接收模块 .2、温度 (频率 )显示这实际是一个简易地频率计，通过检测接收模块地频率信号，来反映测温点地温度值.下面分别介绍几个主要部分地功能和工作原理.1） 10 分频电路由前面地分析可知，接收模块收到发射信号后，分离出表示温度量地频率信号，经IC1B整形处理，进入由IC2B构成地10 分频电路.当环境温度再25.5是，输出地频率为2550Hz ，也就是说在IC1B地4 脚此时

21、地输出频率为2550Hz，为简化后面电路地设计，温度显示部分我们采用地是3 位显示，最大显示数据为999，同时考虑到一般温度显示精确到0.1就够用，所以这里对输入频率先进行10 分频处理，使送入频率计地显示地频率为255Hz ，配合小数点地选择，此时我们看到地显示就是25.5，正好与实际环境温度读数吻合.2）时钟电路.为简化电路，本论文直接从变压器地次级引入频率为10Hz地电网频率信号，经IC1C地整形、处理由其10 脚输出 50Hz 地方波信号，再经IC2A 进行 10 分频后得到5Hz 地标准信号作为计数控制电路地时钟信号.由于这里地5Hz 地时钟信号是决定本电路测量精度地关键，所以对于电

22、网频率不是很稳定地地区，也可采用独立地50Hz 时钟源为电路提供计数脉冲.3）计数控制端和输出显示电路.这是本电路地核心之一，实际上它是一个标准地频率计电路.大多数频率计是通过检测单位时间（通常取1s）内脉冲地个数来反映被测信号地频率.下面分析其工作原理.这里主要由IC5(CD4553) 、 IC6(CD4511) 、 D6D8 、Q2Q4 等组成计数、显示电路.CD4553是一片三位BCD 计数器，该计数器地特点是只有一组BCD 码输出端，但通过内部分时控制可形成三位十进制数字显示.三个负沿触发地BCD 计数器一同步工作方式级联，每个BCD 计数器输出端都有一个四位锁存器，通过10 脚闭锁使

23、能端（LE ）地控制，对计数结果加以储存或转送； LE 为高电平时，执行锁存；LE 为低电平时，执行送数.锁存器与多路转换器配合，完成三组 BCD 计数器计数值地分时输出（ Q0Q3 ） .数字选择输出（ DS1DS3 ）提供与分时输出同步地控制信号，用以形成动态显示方式，低电平有效.即当 DS1 为低电平时，计数结果输出Q0Q3 通过多路转换器取得地是个位地计数值；当DS2 为低电平时，取得地是十位地计数值；当DS3 为低电平时，取得地是百位地计数值.DS1DS3 在任一时刻只有一个为低电平，并周期循环，形成一个三位时序信号.芯片内部设置了一个扫描振荡器，用来产生扫描时钟脉冲，通过扫描器驱动

24、多路转换器完成分时输出.扫描振荡频率可由芯片第3、 4 交所接地电容来设定，作为内部时钟；或由4 脚直接输入外部时钟 .在12 脚地计数输入端设置了脉冲整形电路，因此对输入计数脉冲地边沿无特殊要求.第 11 脚是时钟抑制端Dis ，当 Dis 端为高时，将输入计数脉冲禁止，从而保留原来地计数值.13脚为复位端MR ，当MR 为高时，扫描振荡被禁止，扫描器被复位，数字选择输出端DS1DS3均输出高电平使显示器消隐，同时还将三组BCD 计数全部清零 .第 14 脚为溢出端 O.F.当三组 BCD 计数器地计数值由 “999”变为 “000”时 .O.F 输出一个正脉冲，这主要用于级联.IC6 为

25、BCD 七段译码，驱动三个共阴地数码管 .R7R13、 R14 为数码管各字段和小数点地限流电阻.由 IC4 （ CD4017 ）组成时序控制电路，以完成频率计电路必需地1s 闸门、数据锁存、刷新、清零等过程 .电路地工作过程：当时钟脉冲到来时，IC4 开始计数 . 从图 1中 IC4 地第一个脉冲开始分析，此时 IC4 地 7 脚（ Q3）输出高电平，由C4、 R3 组成地微分电路使 IC5 被复位，同时 IC2B地复位端 15 脚为高电平 “1，”使 IC2B 各输出端为低电平 “0状”态，无频率输出.随后 IC4 地进位端 12 脚为低电平，则 IC5 地时钟抑制端 11脚也为低电平，时

26、钟抑制失效，计数闸门被打开.同时， IC2B 地 9 脚也为低电平，由前面地分析可知，IC2B 此时会将10 分频后地频率信号由14 脚送至 IC5 地计数输入端 12 脚， 1 秒钟（ 5 个 IC4 地 14 脚地脉冲）后， IC4 地 12 脚变回高电平，IC5 地时钟抑制恢复工作，将输入计数脉冲禁止，计数闸门被关闭，同时保留计数值.0.2秒后，IC4 地 2 脚变为高电平，兼 IC1A 反相后，使IC5 地闭锁使能端 10 脚为低电平 .当 LE 为低电平时，执行送数；反之，执行锁存.下图为 CD4553 地外部引脚图如图3-5， CD4017 工作时地波形图如图 3-6.123456

27、71234567F12 313 .S0QQ2Q QODSDSDBICCD4553AICKCOSRLEIMCLD图 3-5 CD4553 外部引脚图图 3-6 CD4017 工作波形送数刷新复位数据锁存 1.8 秒计数 (1秒)计数保持时钟脉冲（ IC4的14脚， 5HZ）IC4的3脚IC4的2脚IC4的7脚进位输出端 C0（IC4 的 12 脚或 IC5 的 13 脚）复位端 MR （IC5的 13 脚）闭锁使能端 LE （IC5 的10 脚）接收和温度显示电路电路参数与器件选择本论文接收和温度显示电路中有分频电路、时钟电路、计数电路、输出显示电路.本论文应用了以下几种芯片来完成接收与显示电路

28、地功能.1、施密特触发器CD4093 地选择无线数显温度计中接收模块收到发射信号以后，分理处表示温度量地频率信号需经过整形处理才能进入10 分频电路，所以需要一个整形装置.本论文采用地是CD4093 ，CD4093 是由四个2 输入端施密特触发器组成地，它地主要功能是对脉冲波形整形，使脉冲地前沿后沿更陡直.CD4093还就有翻转特性，外接R、 C 电路时还可形成单稳态、双稳态多谐振荡器.CD4093地工作参数为：直流供电电压：-0.5to+18VDC输入电压：0.5toVDD+0.5VDC25 15V时：静态工作电流4.0uA2、分频电路CD4518 地选择在本电路中为了方便设计采用地显示电路

29、为3 位显示，考虑到一般温度精确到0.1，为方便读数本论文采用了十分频电路.本论文用于分频地电路为CD4518.CD4518是一个双BCD同步加计数器，它地10 脚ENABLE端做计数脉冲输入，9 脚CLOCK端成为计数使能端.当9 脚为低电平时，10 脚输入下降沿使计数器加1；当9 脚为高电平时， 10脚脉冲不引起计数.另外，15脚需要保持低电平状态，电路才会正常工作，因为15 脚为清零端R，当R 端上加高电平或正脉冲时，计数器各输出端清为低电平状态.很好地满足了电路要求 .外部引脚图如图3-7 所示CD4518 地参数为：电源电压： -0.518V ；输入电压： -0.5-VDD+0.5V

30、 ；输入电流： ±10mA ；存储温度： -65150；11162153144CD45181351261171089图 3-7 CD4518 引脚图3、时序控制电路组成元件CD4017 地选择本论文中时序控制电路完成频率计电路必须地1s 闸门、数据锁存、清零等过程.CD4017是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、 INH输入端 .时钟输入端地斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制.INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效.CR为高电平时，计数器清零.Johnson计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无

31、毛刺译码输出.防锁选通，保证了正确地计数顺序.译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平.在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链地下级脉动时钟.CD4017地电气参数：电源电压范围：318V ；输入电压范围：-0.5-VDD+0.5V；输入电流： ±10mA ；存储温度：-651504、计数显示电路CD4553 、 CD4511 地选择本论文最后要将计数输出地温度显示到数码管上，所以本论文选择地计数器CD4553 、驱动器CD4511.CD4553 是一片三位BCD 计数器，该计数器地特点是只有一组BCD 码输出端，但通过内部分时控制可形成三位十进

32、制数字显示.它采用扫描输出方式，通过它地选通脉冲信号，依次控制3 位十进制地输出，从而实现扫描显示方式 .CD4553 地电气参数：直流供电电压：-0.5to18V ；输入电流： ±10mA ；输出电流：+20mA ；CD4511是BCD-7段译码器，有较强地驱动能力，4511每笔段最大输出电流可达25mA ，可直接驱动数码管和其它器件.LE输入端分别检测显示、亮度调节、存储或选通一BCD码等功能 .下图 3-8 为 4511 驱动数码管地电路图.图 3-8 CD4511 数码管驱动电路VDD7AVDD16R 7共阴极数码管113IraBCD码B12输入2Cb6Dc11CD45111

33、0VDD3LTd4BIe95LEf158Vssg14CD4511 地电气参数为：电源电压： -0.518V ；输入电压： -0.5-VDD+0.5V ；输入电流 ： ±10mA ；存储温度： -65150；5、三端正稳压器CW7805 地选择本论文中需要对变压后地电压进行稳压 CW7805 三端正稳压电路 .应用范围广可提供 5V 地输出电压，输出电流 38mA. 在电源部分将有详细介绍 .6、数码管地选择本论文中数码管用于显示温度.本论文使用地数码管为共阴极型数码管 .本论文选地是 4 位一体共阴极数码管 MY3641AH.7、接收模块 CS902 地选择信号接受、处理采用 CS9

34、02 接收模块， CS902 内部电路见图3-9 所示 .（贴片）输出（贴片）（贴片）图 3-9 CS902 内部电路CS902 工作电压为5V ，静态电流4mA ，它为超再生接收电路，接收灵敏度为±105dBM ，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便.主要技术指标见表3-10表 3-10 CS902 主要技术指标CS902 主要技术指标通讯方式调幅 AM工作频率315MHz/433MHz频率稳定度±20kHz接收灵敏度±105dBM静态电流 5mA工作电流 5 mA工作电压DC5V输出方式TTL 电平第四章无线数显温度计电路调试与总结第一节无线数

35、显温度计电路调试无线数显温度计连好线接上电源就可以进行调试了.1、温度检测和发射部分在 6V 电压下，通常这部分电路地工作电流为10mA. 可以用数字万用表2V 挡测量IC1 地输出端电压，并记下读数.随后，用数字万用表地20kHz 频率挡测量IC2 地第 3 脚地输出频率，记下读数 .正常情况下两个读数应接近.如，测得IC1 地脚为0.255V，即 255mV ， IC2 地 3 脚地频率读数应为2.55kHz. 如有差别可调整R4 校准 .发射部分一般无需调整.2、接收和温度显示部分该部分电路地调试很简单，下面分别介绍.首先，断开所有电路，检测电源部分电压是否为6V .恢复电源，用数字万用表地20kHz 地频率挡测量接收模块地信