温度监测系统的设计Word文档下载推荐.docx
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温度电压转换是用Pt1000电阻通过改变测温电桥电压差，将温度转换成电压；
由于100℃时温敏电阻的阻值近似为1382Ω，所以在0℃—99℃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。
三．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℃范围内阻值在1kΩ左右，为了方便计算，将桥臂上与可变电阻对应的阻值取为1KΩ，另两个电阻均取为100kΩ。
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：
反相比例放大电路的放大倍数：
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。
图3A/D转换及译码显示电路
四.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时，红色发光二极管亮起实现报警；
当输入电压差值小于时，蓝色发光二极管亮起实现报警；
当输入电压差值在与之间时，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℃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℃时电压表示数见图6
图515℃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470Ω电阻换成100Ω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/℃
△U/μV
U1
U2
-31.24
346.862μV
-678.647μV
10
-31.339
-45.512mV
102.503mV
14
-31.379
-63.845mV
143.753mV
15
-31.389
-68.428mV
154.064mV
16
-31.399
-73.010mV
164.373mV
25
-31.488
-113.999mV
256.597mV
29
-31.528
-132.311mV
297.800mV
30
-31.537
-136.771mV
307.834mV
31
-31.547
-141.348mV
318.132mV
50
-31.734
-227.421mV
511.796mV
100
-32.211
-447.313mV
1．007V
五．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。
六．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Multisim、Protel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：
附录三：
元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
R1,R2
电阻
100KΩ
2
R3
热敏电阻pt1000
1KΩ
3
R4,R7,R9,
4
R21,R22,R23,R24
电位器
20KΩ
5
R5,R6,R8,R10
10KΩ
6
R25
电阻器
5KΩ
7
R26
8
C1,C2
电容
0.1μF
9
R11
27KΩ
R12
470KΩ
11
U1,U2,U3,U4
集成运放
OP07
12
Q1
A/D转换器
MC14433
13
Q2
基准电源
MC1403
Q3
反相驱动器
MC1413
Q4
译码器
CD4511
Q5
显示器
LED
附录四：
热敏电阻PT1000阻值随温度变化表
℃
1000.0
1003.9
1007.8
1011.7
1015.6
1019.5
1023.4
1027.3
1031.2
1035.1
1039.0
1042.9
1046.8
1050.7
1054.6
1058.5
1062.4
1066.3
1070.2
1074.0
20
1077.9
1081.8
1085.7
1089.6
1093.5
1097.3
1101.2
1105.1
1109.0
1112.9
1116.7
1120.6
1124.5
1128.3
1132.2
1136.1
1139.9
1143.8
1147.7
1151.5
40
1155.4
1159.3
1163.1
1167.0
1170.8
1174.7
1178.5
1182.4
1186.2
1190.1
1194.0
1197.8
1201.6
1205.5
1209.3
1213.2
1217.0
1220.9
1224.7
1228.6
60
1232.4
1236.2
1240.1
1243.9
1247.7
1251.6
1255.4
1259.2
1263.1
1266.9
70
1270.7
1274.5
1278.4
1282.2
1286.0
1289.8
1293.7
1297.5
1301.3
1305.1
80
1308.9
1312.7
1316.6
1320.4
1314.2
1328.0
1331.8
1335.6
1339.4
1343.2
90
1347.0
1350.8
1354.6
1358.4
1362.2
1366.0
1369.8
1373.6
1377.4
1381.2
1382.0
1388.8
1392.6
1396.4
1400.2
1403.9
1407.7
1411.5
1415.3
1419.1
参考文献
【1】检测技术基础曹才开清华大学出版社
【2】电路分析基础曹才开清华大学出版社
【3】数字电子技术基础第三版杨志忠高等教育出版社
【4】模拟电子技术基础第二版胡宴如高等教育出版社
【5】Multisim8电路设计及应用王冠华国防出版社
【6】Protel99se原理图与PCB及仿真机械工业出版社
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