前导课-温度测量数显空控制仪的设计实现

1、温度测量数显控制仪的设计实现设计选题七o 第一部分 设计综述o 第二部分 模块电路设计o 第三部分 实验注意事项内容第一部分 设计综述o 设计背景o 设计任务o 设计目的o 设计要求与指标o 设计思路o 设计框图设计背景 温度测量是日常生活和工程领域经常需要解决的问题，在冷库、制冷设备、粮食储备等精度要求不特别高的场合，经常采用Pt100铂电阻来实现温度的采集与控制调节。温度测量数显控制仪能够满足对温度测量精度要求较高的场所的需求，其测量范围为-50200，精度允许误差为1，精度较高、设计简单而且经济实用。设计任务 利用Pt100温度传感器设计制作一个可在一定温度范围进行温度测量与控制的温度测

2、量数显控制仪。设计目的1、了解常用传感器的工作原理，掌握其设计使用方法2、掌握电阻电压转换电路的设计使用3、掌握ICL7107（双电源5V供电,适合驱动发光二极管显示）模数转换原理4、掌握显示电路的设计使用5、掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识进行初步工程设计与实际装调系统电路的能力设计要求及指标1、使用热敏类电阻铂Pt100。2、该仪器测量温度的范围为-50200，能够对温度值进行数字显示（可显示阈值温度和测量温度两种），其测量误差为1。3、当超过某一设定温度上限值时（如30），能声光报警提示。 4、测量结果用七段数码管显示。设计框图o 系统框图设计思路1、了解温

3、度传感器的工作原理，掌握其工程设计实用方法。2、设计电阻电压转换电路，对温度传感器输出的电阻信号进行电压转换。3、采用AD转换电路对转换后的电压信号进行AD转换，将其转换成可以进行LED显示的数字信号。4、显示电路，根据AD转换器的类型选择LED类型，接入电路需要考虑LED的电流值。5、设定阈值，当温度超过该阈值时驱动三极管进行声光报警。第二部分 模块电路设计1、温度采集与电阻电压转换电路2、A/D转换电路3、显示电路4、声光报警电路1、温度采集电路温度采集使用铂电阻Pt100。Pt100铂电阻的阻值随着温度的变化成匀速增长。电路中使用电位器模拟温度传感器的阻值变化。1、电阻电压转换电路设计思

4、路：电路中铂电阻转换后的输入电压范围应该在02V之间，以便ICL7107进行后续处理。电阻电压转换采用比例放大器。选择LM324芯片。LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。单位增益内部频率补偿大直流电压增益100 dB的高带宽（单位增益）1兆赫（温度补偿）电源范围宽：双电源1.5V至16V低输入偏置电流45 NA（温度补偿）低的输入失调电压为2 mV和失调电流5NA输入共模电压范围包括地面差分输入电压范围的电源电压等于大输出电压摆幅0V至V + - 1.5V1、电阻电压转换电路电阻电压转换参数计算：1、在输入端采用一个锗二极管控制输入电压在0.3V。2、输入端电流

5、为0，因此经过R12的电流基本与二极管相等，故R12选10K欧。3、为了使输出电压满足ICL7107的输入2V范围，经过下列计算，选R9为33欧，使输出电压在1.01.9V间当t=200时，运放输出Uo=(1+175.84/33) 0.3=1.90V当t=-50时，运放输出Uo=(1+80.31/33) 0.3=1.03V4、在电阻/电压转换电路后，接一电压跟随器，提高带负载的能力。第二部分 模块电路设计1、温度采集与电阻电压转换电路2、A/D转换电路3、显示电路4、声光报警电路2、A/D转换电路-ICL7107 位A/D转换器,可直接驱动LED数码管,内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制

6、、显示驱动、自动调零功能等。具有两个量程选择,2V和200mV。本题中量程选用本题中量程选用2V2V2132、A/D转换电路-ICL7107引脚功能及元器件选择-1lV+（1脚）和V-（26脚）：电源的正极和负极（+5V和-5V）l振荡器元件（振荡器元件（38-4038-40脚）脚）：用于系统定时。两种接法：外接振荡器到40脚或者Oscl-OSc3外接电容电阻构成R-C振荡器。推荐使用100K电阻，根据公式f=0.45/RC计算电容为100pf,此时主振频率为45kHz,采样时间为每秒3次lTEST:显示测试端显示测试端，高电平是显示为“1888”，电流为15mA。lCREF:外接基准电容端，

7、通常0.1F的电容效果最佳。lCOM :模拟信号公共端(模拟地)，与IN-以及VREF-相连。lINT:27是一个积分电容器。lAZ:积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。2V满刻度时使用0.047F。lBUF:缓冲放大器输出端，接积分电阻。其输出级的无功电流是100A，而缓冲器与积分器能够供给20A的驱动电流，从此脚接一个电阻至积分电容器，满刻度2V时选用470K。2、A/D转换电路-ICL7107lVREF+ VREF- :基准电压正负端。lIN+和IN- :模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。基准电压和输入电压关系分析（Vref-=0）其中T为设定的温度，当温度为-5

8、0和200时，可列得方程组IN+可以通过实验测得，带入上式可以计算出IN-和Vref+的值，在实验中需要调节该电压。因此在IN-和Vref+接入端需要连接电位器进行电压调节。TVININREF10002001000)200(501000)50(REFREFVININVININ2、A/D转换电路-ICL7107第二部分 模块电路设计1、温度采集与电阻电压转换电路2、A/D转换电路3、显示电路4、声光报警电路3、显示电路设计提示：ICL7107直接驱动共阳数码管显示。所谓三位半的三位是指可以显示09的十个数字，称作全位；千位数最大显示为1（小于1时消隐），比如2V的满量程显示为1.999，因此成为

9、半位。ICL7107中分别有个位、十位、百位对应的ag段连接，千位连接为19,20脚，19脚连接千位b、c段，20连接千位g段，表示负号。数码管字符段电压为3V左右，因此共阳极连接到Vcc时，需要连接一个限流电阻进行分压。一般为200欧姆。4、声光报警电路使用拨码开关实现阈值温度的显示( (拨码开关拨码开关1 1挡挡) )和测量温度的显示( (拨码开关拨码开关2 2挡挡) )。当被测温度高于阈值温度时，驱动声光报警。因此声光报警实际是设定温度阈值进行电压比较，在电压跟随器后面加一个电压比较器，电压比较器后级采用PNP三极管驱动蜂鸣器和发光二极管实现声光报警RP3用来调节设定的阈值电压。1、负电

10、压的产生方法1：利用时钟输出信号外接2只二极管、2只电容和CD4069来产生负电源。CD4069是6反相驱动器，电源电压为3V18V。方法2：使用电源极性转换器ICL7660，产生-5V电压。ICL7660是小功率极性反转电源转换器，输入电压范围为1.5V-10V。系统电路图基本调试方法调试测量过程中需要记录数据：1、不同温度值下测量跟随器前后电压，与理论电压比较，进行误差分析。2、温度-50时，调节32管脚(COM)的电位器，设定IN-电压值，使其显示-50。2、温度200时，调节35管脚（Vref-）管脚的电位器，设定Vref+的电压值，使其显示200。3、温度100时，验证显示是否为10

11、0。4、将开关打到1档，使阈值电路与A/D转换模块相连，调节RP3使得数码管显示温度为40(可自行设定)，即报警温度为40，再将开关打到2档，给铂电阻升温，数码管显示的温度一直上升，当显示为40时，发光二极管亮起，蜂鸣器报警，风扇开始转动进行降温。测量并记录各引脚电压。元器件清单实验成绩实验总成绩(100满分)= 实验动手操作(60满分)+实验总结报告(40满分)实验操作评分细则实验报告评分细则实验进度安排表分模块调试与验收o电阻电压转换电路调试与验收o模数转换显示电路调试与验收1. 声光报警电路调试与验收实验课须知实验时间地点： 本实验选题2个班。 第 1 班：3月27号-30号15:30-

12、21:30，最后一天20:00结束；地点：360实验室 第 2 班：4月8号8:30-9:30/9号8:30-18:00； 地点：493实验室 o上课：实验必须在实验室完成，不得无故旷课。有课需要请假o因为要在两天之内完成实验，所以时间有点紧张，需要大家做课前准备。o优秀等级采用个人申报优秀等级采用个人申报+ +教师推荐的方式，想要申报的学生在实验课程结束之后教师推荐的方式，想要申报的学生在实验课程结束之后将姓名学号联系方式留给老师，然后在将姓名学号联系方式留给老师，然后在1515、1616周左右进行笔试考试。周左右进行笔试考试。注意事项及准备功课注意事项：o自备烙铁架，万用表和吸锡器等工具 o分模块领件、调试