多路温度检测仪课程设计报告Word格式.docx
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随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立进行温度检测和显示的系统已经应用于各个领域。
而最初的温度检测是需要人工目测温度计进行的，这样不仅浪费人工，而且存在很大的误差，因此能够随时进行温度巡检的温度巡检仪的设计就是非常必要的。
该巡检仪主要采用模拟电子电路实现。
系统采用线性度较好的温度传感器AD590进行多路温度检测，不仅能将所测的环境温度进行定时巡回检测，而且保证了检测的精度。
多路巡检仪主要包括四个部分，温度信号检测及放大部分、数字控制部分、A/D转换部分及数字显示部分。
系统的工作原理是：
温度将首先经过温度传感器和放大电路变成与温度成线性关系的电压信号，然后经数字控制电路送到A/D转换器，最后通过数字显示器显示出测量的温度。
图1多路温度巡检原理框图
三．各单元电路的设计方案及原理说明
1.温度检测及放大电路设计
用于温度检测的常见温度传感器有热电阻、热电偶和半导体集成温度传感器．传统的温度检测用热电阻为温度敏感元件，虽然具有成本低的优点，但需要进行后续信号处理电路，且热电阻的可靠性相对较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差；
热电偶传感器的价格低，但需冷端补偿，电路设计复杂，因此本次的课程实际我们选用了半导体集成温度传感器AD590。
AD590的外形采用TO—52金属圆壳封装结构，具有体积小、重量轻、价格适中、线性度好、性能稳定，电路设计简单等优点，且适合远距离测量和传输，抗干扰性强。
图2为AD590外形管脚排列图。
它是一种二端元件，属于一种高阻电流源，其典型的电流灵敏度是1µ
A/K。
其测温范围在一55︒C．~+150︒C之间，线性电流输出为lraA／K，当电压稳定度为l％时，所产生的误差只有土0．0l︒C，工作电压范围为4-30V，当温度变化时输出电流相应改变。
根据设计要求，由于传感器的输出电流不足以进行A／D处理，需对信号进行转换和放大。
本系统采用低失调、低漂移的运算放大器OP07作为信号放大和转换元件。
OP07的输入失调电压温漂，／dT和输入失调电流温漂dA／dT都很小，分别为0．7mV／*C和12pA／~C，精度比较高，适用于直流及低速的微弱信号放大，转换速率低（0．17v／~），内附相位补偿线路。
温—压信号转换原理图如图3所示。
图2AD590外形管脚排列图
图3温—压信号转换原理图
OP07简介：
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。
由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。
OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±
2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：
超低偏移：
150μV最大。
低输入偏置电流：
1.8nA。
低失调电压漂移：
0.5μV/℃。
超稳定，时间：
2μV/month最大
高电源电压范围：
±
3V至±
22V
图4OP07引脚图
MC1403简介：
2.5V精密串行电压基准
输出电压:
2.5V±
1%
输入电压范围:
4.5V到40V
静态电流:
1.2mAtyp.
输出电流:
10mA
图5MC1403引脚图
因为运算放大器的反向输入端电位VN≈0V，故由基准源MC1403提供的电流I0为：
I0=
=
调节Rp1即可改变I0的大小。
因为AD590输出的电流的温度灵敏度为lµ
A/K，而绝对温度与摄氏温度的关系为：
K=T+273．15。
设要测量的温度为T摄氏度，则流过AD590的电流It为：
It=l×
（T+273.15）=T+273．15
流过反馈支路的电流
If=It—I0=T+273．15一
，
可见要使If=T，只要调节电位器RPl即可，此时放大器输出电压为：
Uo：
（R2+Rp2）×
If=（R2+RP2）×
T
若要得到l0mV／︒C的灵敏度输出，可选用R2=9．1kQ，RP2=2kQ．RP1为调零电位器，RP2为标定灵敏度电位器。
要实现多路巡检，可采用以上多个相同的温度检测放大电路。
2.A/D转换及数字显示电路的设计
随着大规模集成电路制造技术的不断发展，各种大规模集成A／D转换器相继出现。
ICL7107是目前广泛应用于数字测量系统的一种3
位A／D转换器。
它采用的是双积分原理完成A／D转换，全部转换电路用cMos大规模集成电路技术设计，具有功耗低、精度高、功能完整、使用简单等特点，是一种集三位半A／D转换器、段驱动器、位驱动器于一体的大规模专用集成电路，其主要特点为：
（1）能够直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动电路和限流电阻。
（2）采用±
5V双电源供电。
（3）功耗小于15roW，最大静态电流为1．8mA。
（4）段驱动电流的典型值为8mA，最小值为5mA。
（5）显示器可采用7段共阳极数码管。
ICL7107采用DIP-40封装，管脚排列如图6所示。
各管脚功能如下：
图6ICL7107引脚排列图
图7是由ICL7107组成的三位半数字电压表电路，它可作为温度显示电路．ICL7107显示的满量程电压与基准电压的关系为：
Vm=2Vref。
若将Vref选择为100mV，则可组成满量程为200mV的电压表。
只要把小数点定在十位，即可直接读出测量结果。
由于ICL7107没有专门的小数点驱动信号，使用时可将共阳极数码管的公共阳极接+5V，小数点接GND时点亮，接一5V或悬空时灭。
在图5中，Rl、C1分别为振荡电阻和振荡电容。
R2与R3构成基准电压分压器，调整R2的值可以改变基准电压，使Vref口=100mV，R2采用精密多圈定位器．R4、C3为模拟信号输入端高频滤波电路，以提高仪表的抗干扰能力。
C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。
R5、C5为积分电阻和积分电容。
为了提高测量温度的精度，本电路输入满量程2V的电压信号，为此，输入端另加一分压网络以扩大量程。
图7温度显示电路
3.数字控制电路设计
选用多路模拟开关CD4051对多路温度进行巡回检测显示。
CD4051的开关漏电流为0．08hA，而信号源的线性电流为lµ
A/K，因此CD405l的开关漏电流对于信号源的影响可以忽略不计。
需说明的是：
l片CD405l可完成l路---8路模拟信号的输入选择与切换，64路模拟量就需要8片CD4051完成。
即可用多片CD4051实现多路控制。
以四路为例，要实现其循环检测，只需将CD4051的译码输入端最高位C端接地即可，图8为四路巡回检测控制电路。
图中555定时器组成的多谐振荡器产生的时钟脉冲，其输出频率f=
，调节电位器Rp即可改变巡回显示的时间长短。
为了使温度值有稳定的显示，输出脉冲不得小于4s。
CD403l组成一个二位二进制计数器，计数器的输出不但可作为八选一多路模拟开CD4051的地址线输入，而且可经译码、显示，给出检测的是第几路。
当按下开关S时，计数器脉冲被封锁，计数器保持状态不变，可实现定点显示。
图8四路巡回检测控制电路
CD4013简介：
CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。
每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。
在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。
置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。
图9CD4013引脚图
四．调试过程及结果分析
1.首先进行温度检测放大电路调试
将AD590的金属壳部分放入0︒C的冰水中（注意AD590的引脚不要短接），调节电位器Rp1，测量运算放大器输出电压为0V，然后将AD590放入100︒C的沸水中，调节电位器Rp2，测量运算放大器输出电压为1V。
反复调试几次。
2.逻辑控制电路调试
首先进行脉冲信号调试，将脉冲信号发生器的输出连接到示波器中，观测输出波形，然后将该信号引入到计数器中，观察数码管的变化，同时测量模拟开关的输出信号。
3.数字电压表电路调试
将2V直流电压输入到ILC7107组成的数字电压表电路中，调节多圈电位器R2，使数字电压表头显示199.9。
最后，将各部分电路连接起来，进行通调，直到满足要求为止。
调试结果：
实验数据的误差达到设定指标要求，温度显示功能时，其温度误差在
左右，满足要求，同时观察数据发现在测高温时，温度值稍微偏小，到较低温度时相对准确，分析原因是在校准电路时，上限温度是采用
的沸水进行校正，但是当时大气压并非实际标准大气压，使得测得
温度有一定误差；
温度差显示功能时，误差在
左右，满足实验指标；
巡回时间也能保证在允许误差以内。
五．设计、安装及调试中的体会
本次的课程设计为期一周，这一周里，我们自己动手所学到的东西远远超过仅在课堂上听课所得。
实践教给我们的知识往往比理论深刻。
从设计上讲，虽然我们已经拿到了电路图，但是每个电路图的具体焊接方法，每个元件的引脚接法我们都是不知道的，这需要我们自己去查找。
第一天，我们的主要任务就是熟悉整个电路图，并找出所有未知元件的引脚图。
在焊接过程中，我们已经有了之前所做过的课程设计的经验，所以焊接并不是一个特别难的问题，主要就是注意虚焊等。
在实际焊接中，对整个电路的布置也是非常重要的，这不仅影响电路的美观，更重要的是，一个好的电路布置，能够尽可能地减少接线，让接线尽可能的短，这样也避免了很多错误的产生。
整个电路的焊接完成后，最难，也复杂的调试就必须要进行了。
焊接电路看起来复杂，却往往是一口气就可以做完的事，而调试却是一个漫长的过程，若出现问题，往往要找很久才能找出问题所在。
在我们组的调试过程中，就出现了很多问题。
在最初的单块电路板的调试中，就发现有部分数码管不亮，测量电压达不到需要的标准等问题。
进过仔细检查，我们发现了诸如虚焊，不小心将不该连在一起的部分焊在一起，电路接线错误等等。
这很大一部分归咎于我们在焊接的时候不够细心。
若边焊接能够边检查，相信错误率能够大大降低。
还有一个问题是数码管不亮，在电路错误检查完成后，仍然有一个数码管不亮，我们再次检查发现有一个数码管坏了，相信如果我们在使用前先对数码管进行测试，检查没有问题后再使用，也就不会出现这样的错误了。
这次的电路板一共焊了三块，相当的复杂，在各个电路板调试完成后，我们才小心翼翼地将各个板的高位，低位等焊接在一起。
我们的三路巡检功能是实现了的，但是可能由于在温度测试和放大电路的调试中调得并不是特别准确，因此我们最终的电路板测得的温度要比实际温度高一点点，由于时间问题，这个细节我们没有去纠正了，但相信以后我们能够做到更好。
在这短暂的一周，我们极大的锻炼了自己的动手能力，增强了获取信息的能力，培养了团队的合作意识，能多的是，我们对自己所学的知识做了一个巩固和加深。
这对我们今后的发展是相当有益处的。
六．对本次课程实际的意见及建议
课程实际是对我们能力的培养，是增加我们专业知识的重要途径。
课程设计的存在非常必要，但是如果能能更大的增加自主性，能将课程实际的题目的拟定更多的贴近我们的生活，即让我们设计一些我们能用到的东西，相信会更好。
七．附录
检测仪表课程设计项目清单如下：
项目1多路温度巡检仪设计
序号
元器件型号名称
数量
单价（元）
价格（元）
备注
1
AD590JH
4
25
100
温度传感器
2
MC1403
8
基准电源稳压块（DIP封装）
3
电阻
8.2kΩ
滑动变电阻
2kΩ
5
5.1kΩ
6
9.1kΩ
7
OP07CP
运放
CD4051
多路选择器
9
ICL7107
AD转换及数码管驱动
10
120kΩ
12
电容
100pF
13
滑动变阻器
1kΩ
14
24kΩ
15
0.1μF
16
1MΩ
17
9MΩ
18
0.47μF
19
47kΩ
20
0.22μF
21
8段共阳极数码管
数码显示
22
50kΩ
23
39kΩ
24
47μF
NE555
0.6
时基电路
26
10kΩ
27
按钮开关
六脚自锁开关
28
CD4013
0.7
D触发器
29
74LS47
数码管驱动
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