溫度檢測電路

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1、 第１章 緒論 1.1 引言 溫度檢測在自動控制系統(tǒng)電路設(shè)計中的使用是相當(dāng)廣泛的，系統(tǒng)往往需要針對控制系統(tǒng)內(nèi)部以及外部環(huán)境的溫度進(jìn)行檢測，并根據(jù)溫度條件的變化進(jìn)行必要的處理，如：補(bǔ)償某些參數(shù)、實現(xiàn)某種控制和處理、進(jìn)行超溫告警等。因此，對所監(jiān)控環(huán)境溫度進(jìn)行精確檢測是非常必要的，尤其是一些對溫度檢測精度要求很高的控制系統(tǒng)更是如此。良好的設(shè)計可以準(zhǔn)確的提取系統(tǒng)的真實溫度，為系統(tǒng)的其他控制提供參考；而相對不完善的電路設(shè)計將給系統(tǒng)留下極大的安全隱患，對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生非常不利的影響。本文結(jié)合實踐經(jīng)驗給出兩種在實際應(yīng)用中驗證過的設(shè)計方案。 1.2 設(shè)計要求 1. 確定設(shè)計方案畫出電路圖 2.

2、 完成所要求的參數(shù)計算 3. 對電路進(jìn)行焊接與組裝 4. 對電路進(jìn)行調(diào)試 5. 寫出使用說明書 1.2.1 設(shè)計題目和設(shè)計指標(biāo) 設(shè)計題目：溫度檢測電路 技術(shù)指標(biāo)：1. 量程：0-30攝氏度 2. 兩位數(shù)碼管顯示 1.2.2 設(shè)計功能 1. 溫度檢測 授課：XXX 2. 信號調(diào)理 3. 數(shù)碼顯示 1.2.3 硬件設(shè)計 1.傳感器可選擇LM35（因為熱敏電阻的精度不高）。 2.模數(shù)轉(zhuǎn)換，譯碼可選擇集成芯片ICL7107芯片。 3.顯示電路可以選擇數(shù)碼管三位顯示室溫。 1.3 需要做的工作 1.器件選型 2.原理圖繪制 3.各個流程設(shè)計 4.仿

3、真之后做出實物 授課：XXX 第２章 電路的方框圖 2.1 數(shù)字溫度計電路原理系統(tǒng)方框圖 數(shù)字溫度計電路原理系統(tǒng)方框圖，如圖1-1所示。 圖1-1 電路原理方框圖 2.2 方框圖工作流程介紹 通過溫度傳感器采集到溫度信號，經(jīng)過放大電路送到A/D轉(zhuǎn)換器，然后通過譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。在溫度采集過程中我們選擇多種傳感器進(jìn)行比較，但我們最終選擇LM35溫度傳感器，因為它校準(zhǔn)方式簡單，使用溫度范圍適中。在A/D轉(zhuǎn)換和譯碼的過程中，我們選擇了ICL7107芯片，因為他集模數(shù)轉(zhuǎn)換與譯碼器于一體，使得外圍電路簡單，易于

4、焊接，而且抗干擾能力強(qiáng)。 授課：XXX 第3章 單元電路設(shè)計和器件的選擇 3.1 溫度采集電路的設(shè)計 3.1.1 工作原理 傳感器電路采用核心部件是 LM35AH，供電電壓為直流15V 時，工作電流為120mA，功耗極低，在全溫度范圍工作時，電流變化很小。LM35 AH具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，0 ℃時輸出為0V，每升高1℃，輸出電壓增加10mV。因而，從使用角度來說，LM35與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1/4℃的常用的室溫精度。 LM35具有

5、以下特點： （1）工作電壓：直流4～30V； （2）工作電流：小于133μA （3）輸出電壓：+6V～-1.0V （4）輸出阻抗：1mA 負(fù)載時0.1Ω； （5）精度：0.5℃精度（在+25℃時）； （6）漏泄電流：小于60μA； （7）比例因數(shù)：線性+10.0mV/℃； （8）非線性值：±1/4℃； （9）校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)； （10）封裝：密封TO-46 晶體管封裝或塑料TO-92 晶體管封裝； 授課：XXX （11）使用溫度范圍：-55～+150℃額定范圍。 Op－07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的單運算放大器集成電路。由于OP-07具有非常低的輸

6、入失調(diào)電壓，所以O(shè)P-07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP-07同時具有輸入偏置電流低（OP-07A為±2nA）和開環(huán)增益高（對于OP-07A為300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP-07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 溫度采集電路如圖3-1所示。 圖3-1 溫度采集電路 3.1.2 內(nèi)部電路框圖及引腳功能 LM35引腳功能如圖3-2。 圖3-2 LM35引腳功能圖 OP-07芯片引腳功能說明：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+ 授課：XXX 。它的

7、引腳圖如圖3-3所示 1 8 2 7 3 6 4 5 圖3-3　OP-07引腳圖 3.2 A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)碼管驅(qū)動電路的設(shè)計 3.2.1 工作原理 ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器，同時包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)動共陽極LED數(shù)碼管。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結(jié)合在一起，它有低于10uV的自動校零功能，零漂小于1uV/℃，低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個字。真正的差動輸入和差動參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時會有更突

8、出的特點。ICL7107轉(zhuǎn)化器原理圖如圖3-4所示。 授課：XXX 圖3-4 ICL7107轉(zhuǎn)化原理圖 3.2.2 內(nèi)部電路框圖及芯片各引腳功能 ICL7107A\D轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如圖3-5所示。 1 V+ OSC1 40 2 D1 OSC2 39 3 C1 OSC3 38 4 B1

9、 TEST 37 5 A1 REF HI 36 6 F1 REF LO 35 7 G1 CREF+ 34 8 E1 CREF 33 9 D2 COMMON 32 10 C2 I CL7107 IN HI 31 11 B2 IN LO 30 12 A2

10、 A-Z 29 13 F2 BUFF 28 14 E2 INT 27 15 D3 V- 26 16 B3 G2 25 17 F3 C3 24 18 E3 A3 23 19 AB4

11、 G3 22 20 POL GND 21 圖3-5 ICL7107管腳排列 3.3 溫度顯示電路的設(shè)計 數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，在本次設(shè)計當(dāng)中，由于ICL7107的特點，它只能驅(qū)動共陽極數(shù)碼管，故我們要選用共陽極七段數(shù)碼管，在連接數(shù)碼管時，我們要注意數(shù)碼管各個管腳，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數(shù)碼管。 如圖3-6共陽極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 授課：XXX a G b c d e f g SP 圖3-6 共陽極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)

12、 授課：XXX 第4章 整機(jī)電路的工作原理介紹 通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號，經(jīng)過放大電路送到A/D轉(zhuǎn)換器，然后通過譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。ICL7107集A/D轉(zhuǎn)換和譯碼器于一體，可以直接驅(qū)動數(shù)碼管，省去了譯碼器的接線，使電路精簡了不少，而且成本也不是很高。ICL7107只需要很少的外部元件就可以精確測量0到200mv電壓，LM35本身就可以將溫度線性轉(zhuǎn)換成電壓輸出。綜上所述，采用LM35采集信號，用ICL7107驅(qū)動數(shù)碼管實現(xiàn)信號的顯示。 授課：XXX 第5章

13、電路的組裝調(diào)試 5.1 合理布局 在制作電路的過程中，信號線能完成各種功能，如信號輸入、反饋、輸出以及提供基準(zhǔn)信號等。因此，對于不同的應(yīng)用，信號線都必須以各種方式進(jìn)行優(yōu)化。但是，有一個公認(rèn)的準(zhǔn)則就是在所有模擬電路中，信號線應(yīng)盡可能的短，這是因為信號線越長，電路中的感應(yīng)和電容耦合就越多，這是不希望看到的。所以在此電路的布線時采用直線最短的距離，以減少產(chǎn)生的干擾和損耗。此電路有數(shù)字部分和模擬部分，對數(shù)字電路部分的布局以模擬部分為例盡量以最短的距離進(jìn)行連接。對不可避免要交叉的地方采用跳線的方式連接。電路以方框的布局連接，先是溫度采集傳感器緊接著是反向比例放大器和A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管驅(qū)動。對數(shù)碼管顯

14、示部分采用直立式的焊接方式，這樣的焊接方式雖然麻煩，但容易觀察測量結(jié)果。 5.2 電路的調(diào)試與所用工具 5.2.1 電路的調(diào)試 在電路焊接完ICL7107、數(shù)碼管及外圍電路后，短接30和31腳觀察數(shù)碼管顯示，若顯示的數(shù)字在95到105之間說明ICL7107工作正常，實測顯示97。整機(jī)電路焊接結(jié)束后測量LM35的2腳對地電壓，觀察電壓是否隨著溫度的變化而變化，實測數(shù)值符合要求。電路上電觀察數(shù)碼管顯示的數(shù)值和酒精溫度計的數(shù)值進(jìn)行比較，若數(shù)值的的波動比較大而快，調(diào)節(jié)ICL7107的35腳和36腳的R9，一面調(diào)節(jié)一面觀察數(shù)值，直到數(shù)碼管穩(wěn)定顯示，其數(shù)值和酒精溫度計的顯示一致。 5.2.2 調(diào)

15、試所用工具： 授課：XXX 一字螺絲刀，酒精溫度計，電源箱，萬用表等。 結(jié)論 采用LM35溫度傳感器、ICL7107芯片。通過溫度傳感器LM35采集到溫度信號，再將采集到的溫度信號送入OP-07放大電路，再到A/D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。 在這次設(shè)計當(dāng)中，初步了解了AD轉(zhuǎn)換器的工作原理以及數(shù)碼管的連接方法，整個設(shè)計題目中信號采集電路比較重要，要對電路中各個元件數(shù)值進(jìn)行精確的計算，防止電路輸出變化太大，對測量不利。 授課：XXX 心得和體會 課程設(shè)計是培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識,能夠

16、和同學(xué)一起團(tuán)結(jié)協(xié)作解決實際問題,鍛煉我們把書本知識付諸實踐的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),是對我們實際動手能力的具體訓(xùn)練和考察過程。 回想起近三周的課程設(shè)計，我想每個人都有萬千感慨，從老師的動員會到選題到定稿，從理論到實踐，我們發(fā)現(xiàn)、提出、解決過許多問題，在解決的過程中，可以說是遇到許多困難，但是我并不抱怨，因為在此過程中我們不僅可以鞏固以前所學(xué)過的知識，還可以學(xué)到很多在書本上沒有的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。我想不論是誰在這個學(xué)習(xí)的過程中都會遇到各

17、種各樣的問題，但只要我們認(rèn)真努力、謙虛求教，就一定會把困難排除，也會從中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，比如我個人了解到自己對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得也不夠扎實。 古語說：“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索?！鼻笾穆飞暇褪沁@樣，我們總會“欲渡黃河冰塞川，將登太行雪滿山”?？墒呛顾娮C著每個人的收獲，我們只要堅持不懈定會“長風(fēng)破浪會有時，直掛云帆濟(jì)滄海”。通過實習(xí)，我才真正的意識到到老一輩電子設(shè)計為我們的社會做出了多大的貢獻(xiàn)。就我們的課程設(shè)計，我想說的是電子設(shè)計真的很辛苦，但這種苦的背后也有每個人心中的樂。本次課程設(shè)計是一個團(tuán)隊的任務(wù)，是考驗我們相互幫助，配合默契的特殊時刻，大學(xué)不像高中大家

18、每天都要坐在一起上課 授課：XXX ，因此和同學(xué)接觸的比較少，可是這些天的合作，使得我和同學(xué)們之間的距離拉近了許多。當(dāng)我們看到自己親手焊接好的實物實現(xiàn)了應(yīng)有的功能時，我們一起相擁，享受那一刻的快樂。 通過這次課程設(shè)計使我了解到理論與實際相結(jié)合是很重要的僅僅學(xué)會理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才真正算是學(xué)到了知識，掌握了本領(lǐng)，也提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力。 授課：XXX 致謝 首先，感謝學(xué)校為我們搭建此次課程設(shè)計的平臺，使我們能夠擁有這樣的

19、機(jī)會來實踐課本知識，增強(qiáng)自己的動手能力。其次，我想對我的指導(dǎo)老師王振立老師說一句謝謝，因為從課程設(shè)計的最初以及設(shè)計的過程中，是他幫助我們解決了許多我們不懂的問題，由于老師的幫助，我們才能將一些困難迎刃而解。最后，我想感謝我同組的伙伴們，是他們讓自己在學(xué)習(xí)中成長，也深刻的體會到團(tuán)結(jié)合作的重要性。 授課：XXX 參考文獻(xiàn) [1] 郭?紅?數(shù)字電子基礎(chǔ) 人民郵電出版社 A/D譯碼部分 [2] 王立新、楊少卿 溫度檢測方法與溫度傳感器 [3] 楊素行 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第三版 高等教育出版社 放大器部分

20、 授課：XXX 附錄1 電路原理圖 授課：XXX 附錄2 元件清單 元件名稱 元件型號及參數(shù) 個數(shù) 電阻 10K 2 100K 2 24K 1 1M 1 470K 1 1K 1 100 21 可調(diào)電阻 100K 1 1K 1 電容 0.1uF 1 0.01uF 1 0.22uF 1 100pF 1 0.047pF 1 芯片 LM35 1 OP-07 1 ICL7107 1 授課：XXX 數(shù)碼管 共陽極數(shù)碼管 3 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請指正，謝謝!） 授課：XXX