电子技术课程设计温测量与控制器通信电子电子电气自动化_通信电子-电子电气自动化.pdf
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1、1/22 电子技术课程设计 题目名称:温度测量及控制器 班 级:学 号:姓 名:指导教师:日 期:2/22 一、设计题目 温度测量及控制器 二、设计任务及要求 温度是表征物体冷热程度物理量,在工农业生产或科学研究中,经常需要对某一系统温度进行测量,并能自动地控制、调节该系统温度。下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路。电路要求为:被测温度和控制温度均可数字显示。测量温度范围为C0C120,精度为C0.5。控制温度连续可调,精度为C1。温度超过额定值时,产生声、光报警信号。三、题目分析和内容摘要 题目分析:温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路。本次设计主要运用基本模拟电子技术
2、和数字电子技术知识,同时综合温度传感器相关应用,实现温度测量及控制电路设计。内容摘要:本次设计以数字电子技术基础知识为主:用电压比较器来实现温度控制装置,采用 555构成多谐振荡器来实现声光报警装置,用内置译码器四输入数码管译码显示温度,A/D 转换应用集成芯片完成。同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识:在 A/D 转换前置低通滤波器,来滤除干扰信号,应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配。务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温
3、度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及3/22 综合传感器知识,设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及转换。四、整体构思和方案选择 方案选择:方案一:由 555 定时器组成多谐振荡电路,时钟电路产生 100ms频
4、率时钟,现在就变成了每 100ms计数器内所计数再经分频来作为温度。每100ms到来时,对锁存器电路锁存,锁存以后才能对计数器进行清零。方案二:系统框图如图 1 所示,温度传感器测量温度,转换成电压信号后经过滤波消除干扰信号,放大电路将所测信号幅度及后续电路工作范围做一匹配,所得有用信号经过 A/D转换专职转换成数字信号。此数字信号有三条路径:一、进入超限报警装置及所设定温度范围进行比较,若超限则发出声光报警;二、经过码制转换后进入数码管显示当前所测温度;三、进入数字比较器及输入控制温度进行比较,产生温度控制机构工作信号,同时显示输入控制温度。此系统可以对被测体温度进行实时跟踪测量,并进行有效
5、控制,总体上实现了温度测量及控制。务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定
6、采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及4/22 图 1 方案三:系统框图如图 2 所示,温度传感器用来测量被测体实时温度并转换成电压信号,该电压信号经过滤波放大电路,成为有用信号分两路进入后续电路:一路进入 A/D转换电路将其转换成数字信号显示;电压信号另一路进入电压比较器,及输入控制温度电压信号进行比较,比较结果信号将驱动温度控制装置工作,对被测体温度进行实时控制,电压比较器比较结果将决定是否发出声光报警。此方案是将测量温度及输入控制温度转换成电压信号进行比较,从而实现了温度控制。图 2 务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控
7、制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及5/22 方案选择:方案一:将热电阻由温度变化通过 555 定时器构成多谐振荡器完成V/F 变换
8、。利用分频实现控制温度及频率对应,整个电路中以频率为参数参及温度控制过程。由于其中计数器、分频器和单稳态触发器等功能设计困难,故舍弃。方案二:将所有信号都转换成数字信号处理,克服了模拟信号易受干扰缺点。而且系统主要处理部件均采用数字式元器件,从而使信号模式及之匹配,对于信号处理精度就有了保证。但是由于其上、下限温度限定电路复杂,故舍弃。方案三:符合要求中控制温度及测量温度要求。控制电路中以模拟信号为主,实现起来简单且准确。综上所述,考虑到三个方案优缺点,选择方案三作为我们此次温度测量及控制电路设计方案。整体构思:总体设计框图如下图 3 所示,从温度采集到及设定温度比较,再到控制过程都是模拟信号
9、,在显示电路中,将模拟信号转换成数字信号显示。主要由以下几个模块构成:温度传感器、A/D 转换器、电压比较器、控制电路(温控电路)、声光报警器、转码电路、显示电路、加热电路。务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时
10、运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及6/22 图 3 五、具体实现和各部分定性说明及定量计算 下面就整体构思中提及八大模块,依次进行详细说明。包括:工作原理、原理图、元器件选择、参数计算。最后附上元件清单表。各模块设计:1、温度传感器:a)铂测温金属:金属具有随着温度升高电阻值增大特性,电阻率及温度具体关系为:=0(1+t),其中0 为零度时导体电阻率,为导体温度系数。利用金属这一特性,我们可以通过监测金属电阻变化实现温度测量。制作测温电阻材料除了铂以
11、外还可以是铜活镍等,而铂纯度大于 99.999%,是最佳测温材料。常见铂测温电阻标称电阻值为100,温度系数是385010-6/。标称值误差影响偏置,而温度系数误差影响增益。温度跨度越大误差也越务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换
12、应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及7/22 大。标称值误差可用一点调整,而温度系数误差要由间隔温度两点调整。当要求很细微调整温度时,要选用温度系数一致传感器。b)测温基本电路:电路输出:Eout=R1RVIN/(R1+R0+R)(R1+R0)由于分母中有R 项存在,在恒定条件下工作除了传感器非线性误差外,还有恒压电路产生误差,使得误差变得更大。为此在恒压下工作必须要有线性校正电路。线性校正电路:恒压工作时,在传感器自身非线性误差上
13、还有一个由恒压工作带来非线性误差,不进行校正就无法实现该精度测量。校正方法采用正反馈线性校正。如图 4,在电路中,把运算放大器 A 2 输入反馈到输入端 V in,反馈量由 R 3、VR 3、R 4 决定,而且是串联加到 V in。这样 V out 大,对传感器所加电压 V B 也大,结果使得 V out 变小,实现了线性校正。务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运
14、用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及8/22 图 4 2、A/D转换器 A/D转换部分有两种方案:方案一:利用集成芯片 AD574,再结合两片 74LS283(4 位二进制超前进位全加器)构成。该方案工作原理是先将模拟量转换成 9位二进制数,再将最低一位和前八位相加这样就可以将测量精度提高到0.5.
15、方案二:利用电阻网络实现 A/D 转换,此种方案要求比较器个数较多,不符合节约型社会要求,而且电路复杂,较难准确实现。综合考虑,选择方案一,即 AD574来实现 A/D转换。设计原理图如下图 5 所示:滤波放大信号输出作为 A/D 转换模拟量输入,进入引脚 20VIN,引脚 D0D9作为数字信号输出,当电路图如此连接后务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟
16、电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及9/22 就可以实现模数转换功能,当经过滤波放大电压信号输入时,经过转换就可以输出 9 位二进制数字信号。将这 9 位数字信号高 8 位及最低一位相加,从而将转换精度提高。图 5 3、电压比较器 LM324是运放集成电路,电路模型如图 6 所示。它内部包含四组形式完全相同运
17、算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图 7 所示符号来表示,它有 5 个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端;Vi+(+)为同相输入端。LM324引脚排列见图 7。务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同
18、时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及10/22 图 6 图 7 4、控制电路(温控电路)由于通过温度传感器测得温度后,将温度值转化为电压值,因此,利用电压值之间大小关系就可以控制温度大小。我们调节温度是将其转化为电压形式,通过改变电压值来实现控制温度及被测温度比较。所以,利用刚才介绍 LM324电压比较器来完成控制电路核心控制,由于比较
19、器最小输入电压差为 40mV,而温度测量中输出电压精度在 5mV,因此需要加大电阻以提高电压值,以实现两个电压正常比较。控制电路图如下:务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用基本模拟电子技术和数字电子技术知识同时综合温度传感器相关应用实现温度测量及控制电路设计内容摘要本次设计以数字电子技术基础知识为主用电换应用集成芯片完成同时运用到模拟电子技术中滤波放大电路相关知
20、识在换前置低通滤波器来滤除干扰信号应用放大电路来实现信号幅度及元器件工作范围匹配综合传感器知识设计决定采用热敏电阻构成桥式电路来实现温度测量及11/22 图 8 温度控制选择可通过电位器 W2 来实现通过调节 W2 可使其中间头电压在01.2V 之间范围内变换,对应控制温度范围为0120,完全可以满足一般加热需要。将开关 K打在2位置,电位器 W2 中间头电压经过电压跟随器 A后送到数显表头输入端来显示控制温度数值 调节电位器 W2,数显表头所显示数值随之变化,所显示温度数值即为控制温度值电位器 W1 为预控温度调节,其电压调节范围为00.27V,对应可调节温度范围为027此电位器调整后,其中
21、间头电压及电位器 W2 中间头电压分别送入比较放大器 B(放大倍数为1)反相及同相输入端,B输出端电压为二输入电压之差此电压对应两个设定温度值之差 当温度传感器输出电压小于 B输出电压时,C输出高电平。当温度传感器输出电压大于 B输出电压而小于 A输出电压时,表明实际温度已接近控制温度,C输出低电平,电压比较器 D输出高电平。务及要求温度是表征物体冷热程度物理量在工农业生产或科学研究中经常需要对某一系统温度进行测量并能自动地控制调节该系统温度下面设计并制作对某一系统温度进行测量及控制电路电路要求为被测温度和控制温度均可数字显目分析温度测量及控制电路是在实际应用中相当广泛测量电路本次设计主要运用
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