温度采集系统报告材料文档格式.docx
《温度采集系统报告材料文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《温度采集系统报告材料文档格式.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
本次课程设计主要是做一个温度测量系统,对于0-100摄氏度的环境温度或者给定温度要求能较为精确的测量(误差小于1摄氏度)并显示在数码管上,让人直观的看到。
要想测量温度,就必须要一个温度测量仪器,而想要用电路实现功能就必须要把温度值转化为电信号量,因此我们选用LM35作为温度感应电路的核心。
LM35可以将温度值转化为电压值,误差小于0.5℃,符合设计要求。
由于输出电压值过小,直接进行A/D转换会造成较大误差,因此将这个电压值进行放大,放大后经A/D转换器将连续的模拟电压值转化为数字信号量,经过AT28C16的存储接两个CD4511驱动两个共阴极的数码管用来显示两个数字,分别为十位和个位,读出的即为温度值。
第一章技术指标
1.1整体功能要求┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
第二章方案论证
2.1方案比较┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
2.2方案确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
第三章单元电路设计
3.1LM35电源电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
3.2信号放大电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈2
3.3A/D转换电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3.4数码显示电路┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3.5AT28C16┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
3.6555多谐振荡器┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3
第四章组装、调试
4.1使用的主要仪器和仪表┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
4.2调试电路的方法和技巧┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
4.3测试的数据和波形并与计算结果比较分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
4.4调试中出现的故障、原因及排除方法┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈6
第五章设计总结、收获、体会┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈7
参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
附录Ⅰ图纸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9
附录Ⅱ元件清单┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈10
1.1整体功能要求
设计并制作一个温度测量与显示系统,基本原理如图8所示。
具体要求如下:
图8温度采集系统框图
(1)被测温度围0~99°
C;
(2)显示测量的温度值,精度不低于1°
C。
参考元器件:
LM35/45,OP07/NE5532/TL082,AT28C16,CD4511。
说明:
测试时验证环境温度和90°
C热水的测量值。
第2章方案论证
2.1方案比较
方案一:
由LM35的输出直接送入A/D转换器进行AD转化,然后送进ROM.
缺点:
ADC0809对输入模拟量要求:
信号单极性,电压围是0-5V,而这里温度传感器输出的电压值围是0-1000mV,也就是说最大输出也才对应ADC0809电压围的20%,那么进行A/D转化后的误差可想而知,一定很大。
因此方案一不予采用。
方案二:
A/D转化器的输出直接转化为10进制然后送CD4511显示。
这个方案也有优点那就是逻辑清楚容易理解,也是我们一开始准备采用的方案。
要将2进制转化为10进制,电路十分复杂,要用到160计数器以及许多门电路,不仅实现复杂而且容易出现误差。
因此最后不予采用。
方案三:
对于LM35的输出端加放大电路经放大后再送入A/D转化器,对于A/D转化器的输出接一个ROM,存储并且对数据进行转化,将2进制转化为10进制。
2.2方案确定
经过比较决定采用第三种方案,能最大程度的减少误差。
3.1LM35电源电路
从使用角度来说,LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处,LM无须外部校准和微调,可以提供常用的室温精度。
LM35有单电源和双电源两种接法,正负双电源的供电模式可提供负温度的测量,单电源模式在25℃下电流约为50mA,非常省电,本设计采用的是单电源的接法。
如图1.7所示。
单电源模式下,LM35的电压与温度的关系是:
Vout(T)=10mV/℃×
T℃
图3.1
3.2信号放大电路
本设计所采用的LM35输出电压为0~1.5V,虽然在ADC0809的输入电压允许围,但电压信号较弱,直接进行A/D转换会导致数字量太小、精度低等不足。
所以在转换前先进行信号放大,放大电路如图所示,LM35的单电源模式输出电压为0~1.5V,ADC0809的分辨率为5V/256,LM35每增加1℃输出电压增加10mV。
如假设温度为T℃0809输出数为X,放大5倍时有10mV×
T/5V×
5=X/256。
图3.2
3.3A/D转换电路
A/D转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁,它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号,以便计算机等数字系统进行处理、存储、控制和显示。
8位A/D转换器ADC0809作为典型的A/D转换芯片,具有转换速度快、价格低廉及与微型计算机接口简便等一系列优点,得到了广泛的应用。
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路模拟开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器,是目前应用比较广泛的A/D转换芯片之一,它具有8个通道的模拟量输入线,可在程序控制下对任意通道进行A/D转换得到8位二进制数字量。
ADC0809对输入模拟量要求:
信号单极性,电压围是0-5V,若信号太小,必须进行放大;
输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路,即采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值,并在A/D转换期间保持输出电压不变,以供模数转换。
3.4数码显示电路
采用CD4511驱动七段数码管实现显示电路,数据输入由两个8位锁存器273提供,驱动七段数码管显示十进制数字,在实物制作时应在CD4511与七段数码管的每一个连线间加入限流电阻,保护数码管不被过大的电压烧毁。
3.5AT28C16
2KB的EEPROM,存储器,主要用于存储程序和表格数据,实验用的芯片是ATMEL公司的AT28C16。
用存储器烧录器(可用EasyPRO
系列编程器,如EasyPRO
100B)将准备好的数据输入,写入成功后,将AT28C16以前的电路接好,在AT28C16的输出端接上CD4511。
3.6555多谐振荡器
经过放大的信号接入由555构成的施密特触发器进行波形整形,将正弦波以通过上升沿/下降沿来计数(输出为3接口,作为一个检测点,检测是否有和原始信号频率相同波形为方波的信号)。
图3.3
4、组装、调试:
组装调试的容包括:
4.1用的主要仪器和仪表;
万用表,示波器,电源箱
4.2试电路的方法和技巧;
调试电路的时候不要急着接电,首先在不接电的情况下对自己电路板的线路进行细致的检查,每一个引脚每一条导线与电路原理图仔细对照检查。
不接线检查线路是防止有线路短路错误导致烧坏元器件,破坏整个电路板的严重损失。
在检查完线路没有错误的时候再进行接电调试,就不会出现有错误不知道是线路问题还是元器件有问题的麻烦局面,在调试之前对每个元器件的数值计算清楚。
在调试的时候,为了准确方便,可以进行分块测试,可以先每个功能块进行调试,正确之后再进行扩大围测试。
在接电调试的时候,要把输出电压调准确,与电路板各电极连接准确防止接错线烧坏电路。
在没有短路报警的机器上调试的时候,要注意各个元器件是否有发热与冒烟的不正常情况,如果有的话必须马上切断电源,以异常的元器件为重点进行仔细排查错误。
4.3试的数据和波形并与计算结果比较分析;
4.3.1
4.3.2
经过测量,容易出现问题的放大部分,放大倍数为5倍,是符合我们的设计要求。
4.4调试中出现的故障、原因及排除方法。
a:
接电后数码管不亮
原因:
数码管的共阴极没有接地。
解决:
线路接地不正常。
b:
接电后数码管数字显示一直为88.
ADC0809和AT28C16导线没接好不工作,通电后就是电直接经过4511到数码管。
检查发现漏掉引脚没有接上。
c:
接电之后电源报警
原因:
电路板短路
用万用表把每个块测量电压,把出现问题的地方进行重新焊接。
五、设计总结、收获、体会
通过这次的课程设计,我对一些专业知识和电子设计有了更深的了解,不仅仅是对知识的一次更加深刻的认知,也是对自己之前学习的一次检验。
这次电子课程设计用的是模电和数电的知识,同时加上电路等知识,从老师给的选题里面选择一个课题进行。
这次课程设计是通过团队力量,才使设计得以完成。
可以说,我们三个人是一个不可或缺的整体,这次设计过程中我们也不可避免的遇到了很多的问题,尤其是在调试过程中,会因为某些原因出不来结果,有因为粗心犯了不该犯的错误,也有因为对实验态度不严谨而造成的不良后果,虽然在焊接和调试的过程中有很多错误和不同意见,但终究是在大家一起努力下解决了很多问题。
电路的重要部分为放大部分,这部分直接影响实验数值的准确性,而且也是在实验中容易出错的地方,放大倍数的准确、误差小、实验结果的误差就准确。
遗憾的是,在这次课程设计中,我的电路板没有完全实现应该有的功能,只是实现了一部分。
在验收之后自己反思,还是自己的努力不够多,而且动手能力太差了,一样的电路板,别人的电路板焊接的整整齐齐,自己的却是乱的一团糟。
而且在整个过程中,自己的专业知识也是有很大的问题。
还有就是自己在考虑问题的时候还是太死板,不知道怎么变通,在买元器件的时候,没有ADC0808,就想不到用ADC0809替代。
参考文献
[1]查丽斌.电路与模拟电子技术基础.第2版.:
电子工业.2011.8
[2]党宏社.电路、电子技术实验与电子实训.第2版.:
电子工业.2012.3
[3]阎石.数字电子技术基础.第四版.:
高等教育.2014.12
图
元器件清单
元件
数量
9cm*15cm的电路板
1
LM35
数码管
2
NE5532
NE555
20
ADC0809
CD4511
AT28C16
103元片电容
104元片电容
200Ω
1K
10K
40K
100Ω
270Ω
14
导线
若干