温度传感器课设.docx

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温度传感器课设

一．设计要求2

二．设计方案与论证2

三．设计原理2

3.1.原理2

3.2.总原理图3

四．元器件清单3

五．元器件的识别与检测4

5.1.温度传感器4

5.2.LM324简介5

六．制作与调试6

6.1.放大电路6

6.2.比较电路7

6.3.报警电路8

6.4.温度——电压转换电路9

6.5.K—℃的转换电路9

6.6.PCB板图与实物照片11

七．设计心得12

八．参考文献12

一．设计要求

本设计介绍了温度测量仪的工作原理。

本电路采用直流稳压电源，温度—电压转换电路，K——℃转换电路，驱动报警电路，放大电路，比较电路组成。

直流稳压电源由电学实验台提供，温度——电压转换电路由AD590来进行温度到电流的转换，驱动报警电路由发光二极管构成，其余电路由LM324的运放功能来实现。

二．设计方案与论证

首先将温度通过温度传感器将温度换成电压信号，由一个加法器实现开尔文温度到摄氏温度的转换。

将转换后的电压信号通过放大就可以用数字电压表来测量该输出电压，此电压值与温度值成正比，同时将该输出电压输入到一比较器设定好参数即可实现报警功能，如果输出电压大于设定好电压，报警设备发出警报。

温度测量仪实现框图如下：

温度测量仪实现框图

图2.1

三．设计原理

3.1.原理

把温度通过温度传感器将温度换成电压信号，用一个加法器实现开尔文温度到摄氏温度的转换。

然后将转换后的电压信号通过放大用数字电压表来测量该输出电压，此电压值与温度值成正比，同时将该输出电压输入到一比较器设定好参数即可实现报警功能，如果输出电压大于设定好电压，报警设备发出警报。

3.2.总原理图

图3.1

五．元器件的识别与检测

5.1.温度传感器

1.引脚

GND接地，DQ为数字信号输入\输出端，VDD为外接电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

2.与单片机的连接方式

单线数字温度传感器DS18B20与单片机连接电路非常简单，引脚1接地（GND），引脚3（VCC）接电源+5V，引脚2（DQ）接单片机输入\输出一个端口，电压+5V和信号线（DQ）之间接有一个4.7k的电阻。

由于每片DS18B20含有唯一的串行数据口，所以在一条总线上可以挂接多个DS18B20芯片。

3.DS18B20的性能特点

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。

与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。

DS18B20的性能特点如下：

独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。

多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能。

不需要外部器件。

在寄生电源方式下可由数据线供电，电压范围为3.0~5.5V。

零待机功耗。

温度以9~12位数字量读出

用户可定义的非易失性温度报警设置。

报警搜索命令识别并标识超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。

负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。

4.内部结构

DS18B20采用3脚PR—35封装或8脚SOIC封装。

开始８位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一序号，共有４８位；最后８位是前面５６位的ＣＲＣ检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。

非易失性温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入用户报警上下限数据。

LSBDS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2PROM。

高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，前2字节包含测得的温度信息。

第3和4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。

第5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转化为相应精度的数值。

高速暂存RAM的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。

当DS18B20接收到转化命令后，开始启动转化。

转化完成后的温度值就以16位的带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存RAM的第1、2字节中。

单片机可以通过单线接口读出该数据。

读数据时，低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。

5.2.LM324简介

LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

每一组运算放大器有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，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324的引脚排列见图5.1

图5.1

六．制作与调试

6.1.放大电路

图6.1中R5和R6的选择可以实现电压的放大功能，此时取R5=10KΩ，R6=100KΩ，此时有U出=—R6/R5U入=—10U入，由上式可得温度与电压的关系为U=0.1V/℃

放大电路

图6.1

6.2.比较电路

技术指标要求能在温度大于50℃时发出报警信号。

把50℃时的电压当作比较器的参考电压并在比较器的输出端反接一个LED，当温度大于50℃时输出低电平，LED灯亮。

在此把UR8当做参考值，当输入电压UR9≥UR8时输出低电平—12V，反之输出高电平+12V。

温度为50℃对应的UR8为5V，用分压电路提供5V电压。

比较电路

图6.2

6.3.报警电路

报警电路由发光二极管和电阻实现。

当加在比较器输入端的电压大于设定的温度电压时，比较器的输出电压为负，由于LED在电路中是阴极接在比较器的输出端故二极管LED导通，发光，报警完成。

报警电路

图6.3

6.4.温度——电压转换电路

AD590是由AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。

AD590的阻抗达到10M欧姆，转换当量为1uA/K，温度—电压转换电路如下图所示：

AD590转换电路

图6.4

根据温度多少将提供恒流源，方向如图所示。

由于在U。

输出端接电压跟随器从而增大输入阻抗，使得电流几乎全部从电阻R。

经过。

由AD590的转换当量可知U1=U。

=1uA/K*R

在实际应用中R可取10K欧姆，则U1=10mV/K,这样可实现温度到电压的转换。

6.5.K—℃的转换电路

转换电路的作用是进行开尔文温度到摄氏温度的转换，以为AD590是集成模拟温度传感器，输出电流正比于绝对温度K，而我们日常生活中一般习惯采用摄氏温度，。

本设计采用由LM324运放组成的加法器来实现这一功能。

加法运算电路

图6.5

U2=—（R4/R1UR1+R4/R2UE2）

其中UR2为输入电压，故当温度为273K时，即为0℃时，输出电压U2应为0。

但此时的输入电压为2.73V，又UR1=—R1/R2UR2

取R2=100KΩ，R4=100KΩ，则R1=200KΩ，R3=68KΩ所以UR1=—5.46V

综上U2=—UR2+2.73

6.6.PCB板图与实物照片

PCB板图图6.6

实物照

图6.7

七．设计心得

经过一周的努力，终于完成了水温测量仪的课程设计。

此次课题设计让我懂得了很多之前不知道的模电数电知识，感觉相当有意义。

在设计水温测量仪的时候，我分析各种器件，进而专个研究，逐个击破。

然后把器件组合成完整的电路。

在讨论电压比较器时，我明白了运放组成比较器的基本原理。

我不仅把设计当作任务，也当作一种兴趣。

对于所有的课题都有向往之情。

我要感谢老师，是他们给我注入了知识，给了我一些课题上的建议，指出设计中的不妥之处，感触良多。

课程设计让我感受书本与现实的距离又进了一点。

很期待未来的挑战，想要感受更多的科技力量。

设计时我用的运放都是理想的，所以实际测量值可能有些偏差，我们可以适当调节电阻大小来平衡误差。

在试验的调试上还要做很多努力。

八．参考文献

[1]《电子测量技术与仪器》第2版，陈尚松，郭庆，雷加编著

[2]毕亚军：

《电子工艺与课程设计》[M].电子工艺出版社.2011

[3]李国洪：

《电子CAD教程---基于OrCAD9.2》[M].机械工业出版社

[4]XX文库