温度监测系统的设计

简易温度监测系统的设计简易温度监测系统的设计第第#页摘要本设计用于温室大棚温度监测系统。该系统可实时测量、显示大棚的温度，当大棚温度超过农作物生长的温度范围时，采用双限报警提醒农民。本设计将温度信号转换为电压信号进行测量，温度测量范围为0—99°C,误差W±2°C。本设计还通过A/D转换最终译码显示出当前的温度。一概述电子技术是在十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，在二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。随着电子技术的飞速发展，电子技术在日常生活中得到了广泛的应用，各类转换电路的不断推出以及电子产品的快速更新，电子技术已成为世界发展和人们生活中必不可少的工具。本设计任务为设计一个用于温室大棚温度监测系统。大棚农作物生长时，其温度不能太低，也不能太高，太低或太高均不适合农作物生长。该系统可实时测量、显示大棚的温度，当大棚温度超过农作物生长的温度范围时，报警提醒农民。本设计的技术指标要求为，温度范围：0C--99C；测量误差为±2C；工作原理说明本设计的工作原理主要分为温度电压转换、信号调理、A/D转换、显示及报警几部分。总体电路原理见图1。马温度电压转换电路―►信号调理电路―•—►A/D转换电路一译码显示电路图1大棚温度检测系统的原理框图温度电压转换是用Ptiooo电阻通过改变测温电桥电压差，将温度转换成电压；由于100C时温敏电阻的阻值近似为1382Q,所以在o°c—99C范围内阻值变化很小，故产生的电压差比较小，需要对该电压差值进行放大调理。本设计采用两级放大，分别为差动放大电路和反相比例放大电路，从而将温度电压转换部分的微小电压差进行放大，以便于观察。电压差值通过A/D转换电路与译码显示电路后，可将该差值用LED数码管显示，这样便可直观的观察出温度对应的电压读数，从而可以推算出此刻的温度。电路设计1.温度电压转换与信号调理电路的设计首先将温度信号转换为电压信号，温度电压转换及调理电路见图2。温敏电阻受周围温度的影响阻值会发生改变，从而改变两输出端的电压差，实现温度转换电压。由于温敏电阻在0—99°C范围内阻值在IkQ左右，为了方便计算，将桥臂上与可变电阻对应的阻值取为1KQ，另两个电阻均取为100kQ。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"a”〃 “VRVR 12R3 12x1 12R3„U,U—U,—崔 ———cc4—, 3—— , 3——0.1188。1 °2R+RR+R 100+R100+1100+R.\o"CurrentDocument"13 24 3 3将电压差值通过放大电路进行放大以便观察。为了使电压值稳定，将两路电压分别接入电压跟随器后，再接入差动放大电路及反相比例电路。差动放大电路的放大倍数：Au,RR,10k"lk，1012 8反相比例放大电路的放大倍数：Au，-RR，-2.25k.1k,-2.2514' 10 -图2温度电压转换及调理电路图

2.A/D转换及译码显示电路的设计电压差值通过A/D转换电路与译码显示电路后，可将该差值用LED数码管显示，这样便可直观的观察出温度对应的电压读数。A/D转换及译码显示电路如图4。MC14433是31/2位的双积分式A/D转换器，转换速度每秒1-10次，量程为1.999V，以BCD码的形式输出。基于它转换速率快，精确度高以及输出形式等优点，适合本设计使用，固采用MC14433作为A/D转换电路的主要器件。CD4511BCD七段数码显示管是一个用于驱动共阴极的LED显示器，它具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能，可直接驱动LED显示器，所以本设计采用它作为LED数码管的译码器。El ■K—T1QlMCLttZ；51TCH1C1W1TCline.%411634—2L2El ■K—T1QlMCLttZ；51TCH1C1W1TCline.%411634—2L2P.DE4L2liCCCl-HO.LiJITCiJC.NCLUS16莒n丑CDHL1g155DUzocVEEIEi ID FEIftTa窘土_cq_UL'UI：L]1016日日日日LED*图3A/D转换及译码显示电路性能的测试在Multisim仿真实验中，实现温度电压转换及信号调理，报警以及显示各部分的功能仿真。总体功能是当输入电压差值大于URH时，红色发光二极管亮起实现报警；当输入电压差值小于URL时，蓝色发光二极管亮起实现报警;当输入电压差值在URH与URL之间时，发光二极管不亮，说明现在温度处在正常范围内，不报警。1.温度电压转换及信号调理电路仿真测试将温度信号转换为电压信号，仿真图电路图见图5。用可变电阻替代温敏电阻，通过改变可变电阻的阻值来改变桥臂的阻值从而改变两输出端的电压差,实现温度转换电压。本设计最终实现0—100°C对应0—1V的关系，其中放大倍数为22.5倍。

图4温度转换电压电路仿真图温度转换电压及信号调理电路仿真结果如下：15°C时电压表示数见图6图515C时电压表示数2.译码显示电路仿真测试显示部分采用硬件调试的方法仿真测试。将输入信号通过A/D转换器MC14433，由于该芯片还需接入-5V电源，故还需用7905芯片把现有的-12V电源转换为-5V。采用数码管显示测试值，所以还需用到译码器CD4511及反相驱动器MC1413。将电路连接无误后，接入直流电源，用信号发生器输入电压，观察现象。调试过程中先测试-5V电源，经检测-12V转换后的电压为-5.15V，基本符合要求。调试显示部分时遇到了一些问题，数码管均不亮，逆向查找电路发现数码管的输入端电压过低，只有1.2V左右无法带动数码管工作，究其原因是因为分压电阻过大造成的，将470Q电阻换成100Q之后，数码管便可正常工作了。综合测试结果如表1。表1综合测试仿真表温度/°c△U/卩VU1U20-31.24346.862卩V-678.647卩V10-31.339-45.512mV102.503mV14-31.379-63.845mV143.753mV15-31.389-68.428mV154.064mV16-31.399-73.010mV164.373mV25-31.488-113.999mV256.597mV29-31.528-132.311mV297.800mV30-31.537-136.771mV307.834mV31-31.547-141.348mV318.132mV50-31.734-227.421mV511.796mV100-32.211-447.313mV1.007V结论、性价比本课题是要设计一个简易大棚温度检测报警电路，能够通过温度的变化来报警，是否能够及时的发现，把损失降低到最小。本设计就是通过温度传感器输出信号的差值来判断的。此电路能设置在任意所需的场所，所用的器材占用面积很小，而且电路简单，一旦发生温度异常，发光二极管会在第一时间亮起。本次设计方案中，所选取的元器价格比较便宜，性能良好。在本次设计中用到了运算放大器、窗口比较器及译码器，这些器件在日常生活中都广泛使用，在电路设计中，实现了报警功能。从器件的选择到设计整体都考虑器件的常见度与成本。总体看来都遵循性价比原则。课设体会经过几天的综合课程设计里我学到了很多，也温故了许多以前学习过的软件应用知识，如MultisinkProtel等，使得我对这些操作软件更加熟悉，应用更加熟练，这对我今后的应用很有帮助。在独立完成课程设计的过程中，我查阅了许多关于课程设计题目的资料，这些新知识对我日后的学习工作会有所帮助。本次综合课程设计我除了做软件仿真，还亲自动手搭了硬件做调试，在调试的过程中并不太顺利，实验结果无法显示，从头仔细检查电路，连续调了几天都没有结果，虽然过程比较辛苦，但是收获却很大，在调试的过程中我意识到，每一步都要精准这样才会完成

最后的功能，这就需要我不断累积经验，工作中踏实仔细，有恒心有毅力，这样才能做出一番成就。非常感谢能有这样一次综合课程设计的机会，在此向我的指导教师致以深深的谢意，感谢老师的耐心指导及谆谆教诲。在这次课程设计的过程中我也看到了自己的不足，如对知识的掌握还是不够牢固，有很多东西现在不能熟练的掌握，对于软件的控制能力也不是很好，希望日后会提供给我们更多的锻炼机会来培养我们的实践能力。附录一：总电路图附录二:温度检测系统R25»CD4511XIIDQ5ikr.辛R2•R23•R22KTFFTe-TPri-e*-TR3¥1&c.e4zI8ZK□EFIQIZ2011-05-15附录三：元器件清单序号编号名称型号数量1R1,R2电阻100KQ22R3热敏电阻pt10001KQ13R4,R7,R9,电阻1KQ34R21,R22,R23,R24电位器20KQ45R5,R6,R8,R10电阻10KQ46R25电阻器5KQ17R26电阻器10KQ18C1,C2电容0.1卩F29R11电阻27KQ110R12电阻470KQ111U1,U2,U3,U4集成运放OP07412Q1A/D转换器MC14433113Q2基准电源MC1403114Q3反相驱动器MC1413115Q4译码器CD4511116Q5曰=g显示器LED1附录四：热敏电阻PT1000阻值随温度变化表°C012345678901000.01003.91007.81011.71015.61019.51023.41027.31031.21035.1101039.01042.91046.81050.71054.61058.51062.41066.31070.21074.0201077.91081.81085.71089.61093.51097.31101.21105.11109.01112.9301116.71120.61124.51128.31132.21136.11139.91143.81147.71151.5401155.41159.31163.11167.01170.81174.71178.51182.41186.21190.1501194.01197.81201.61205.51209.31213.21217.01220.91224.71228.6

601232.41236.21240.11243.91247.71251.61255.41259.21263.11266.9701270.71274.51278.41282.21286.01289.81293.71297.51301.31305.1801308.91312.71316.61320.41314.21328.01331.81335.61339.41343.2901347.01350.81354.61358.41362.