自制数字温度计.docx

自制数字温度计.docx

《自制数字温度计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自制数字温度计.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自制数字温度计

集中实践报告书

课题名称

自制数字温度计

姓名

学号

系、部

电气工程系

专业班级

指导教师

2015年6月27日

一、设计任务及要求：

设计任务：

设计一个简易数字温度计，装置由温度传感器、信号处理电路、数字电压表构成。

设计要求：

1．选用温度传感器AD590测量温度，通过信号处理电路将温度引起的电流变化转化为电压变化，然后经过双积分A/D转换器转换为数字信号，通过共阳极数码管显示数值。

2．进行系统总体设计，并画出总设计框图。

3．设计完成相应的测温电路，导出电路输出电压与温度之间的函数表达式

二、指导教师评语：

三、成绩

指导教师签名：

年月日

目　录

第1章　设计目的

设计一个简易数字温度计，装置由温度传感器、信号处理电路、数字电压表构成。

第2章　设计要求

1．选用温度传感器AD590测量温度，通过信号处理电路将温度引起的电流变化转化为电压变化，然后经过双积分A/D转换器转换为数字信号，通过共阳极数码管显示数值。

2．进行系统总体设计，并画出总设计框图。

3．设计完成相应的测温电路，导出电路输出电压与温度之间的函数表达式。

第3章　硬件电路设计

3.1　电路设计结构框图

本方案采用AD590集成两段式感温电流源温度传感器对温度进行采集，采集的电压经过放大电路将信号放大，然后经过3.5位A/D转换器转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时,直接驱动LED显示器,将温度显示出来。

系统结构框图如图3-1所示。

图3-1　系统结构框图

日常生活中，温度的测量范围为-30～55℃，精度控制为0.5℃，因此本项目采用AD590集成两端式感温电流源温度传感器，3.5位A/D转换器ICL7107及4个八段数码管设计数字温度计。

3.2　传感器

AD590是半导体结效应式温度传感器，PN结正向压降的温度系数为-2mV/℃，利用硅热敏晶体管PN结的温度敏感特性测量温度的变化测量温度,其测量温度范围为-50～150。

AD590输出电流值（μA级）等于绝对温度（开尔文）的度数。

使用时一般需要将电流值转换为电压值,如图3-2中,Ucc为激励电压,取值为4～40V。

输出电流I0以绝对温度零度-273℃为基准,温度每升高1℃,电流值增加1μA。

图3-2　AD590基本原理图

温度t对应输出电流Io为3-2

Io（t）=273μA+t×1μA/℃（3-2）

式中:

273μA为摄氏零度时输出的电流值；t为测得的摄氏温度。

在室温25℃时,输出电流：

Io（25）=（273+25）=298μA

3.3　传感器电路的计算

电路具有偏置和增益调节装置功能，为了改善输出电压的性能,电路中采用了电压跟随器。

由于AD590输出的是绝对温度,而实际显示的是摄氏温度,设计差动放大电路（U1,U2为输入）,调整电位器使U1=0.273V,则输出电压值Uo与温度传感器测得的摄氏温度呈线性关系,计算公式为3-3

（3-3）

如图3-3所示，对于25℃的室温,Uo=0.025V。

图3-3电路原理图

3.4　信号处理

ICL7107是一种高性能、低功耗的三位半A/D转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。

ICL7107可直接驱动共阳极LED数码管。

ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于10uV的自动校零功能，零漂小于1uV/℃，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个字。

真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。

在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特点。

对于ICL7107AD转换器来说输入输出电压关系如公式3-4

（3-4）

ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如下：

V+和V-分别为电源的正极和负极（或地）。

au-gu,aT-gT,aH-gH：

分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

Bck：

千位笔画驱动信号。

接千位LEO显示器的相应的笔画电极。

PM：

液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。

Oscl-OSc3：

时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。

第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：

Fosl=0.45/RC

COM：

模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。

TEST：

测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”

VREF＋VREF-：

基准电压正负端。

CREF：

外接基准电容端。

INT：

27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件

IN＋和IN-：

模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。

AZ：

积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz。

如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。

BUF：

缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。

其输出级的无功电流（idlingcurrent）是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。

ICL7107的工作原理：

双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。

它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

3.5A/D转换电路的设计

A/D转换电路的设计,具体电路图如图3-7所示：

图3-7　ICL7107与数码管构成的数显电路图

由传感器电路与转换电路综合关系求得：

显示数=T（温度）℃。

因此，则可用显示器电路直接可以显示出温度。

3.6　显示电路

数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极是把所有LED的阳极连接到共同接点正电源电压，共阴极是把所有LED的阴极连接到共同接点com。

而每一LED分别为a,b,c,d,e,f,g及sp（小数点），共阳极内部结构图如图3-4，共阴极内部结构图如图3-5所示。

图3-5　共阳极数码管内部结构图3-6　共阴极数码管内部结构

3.7　显示电路的设计

在本次设计当中，由于ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故要选用共阳极七段数码管。

在连接数码管时，要注意数码管各个管脚所对应的字母，不能接错或接漏，而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。

对于数码管与ICL7101的连接，其中一个数码管的A到G引脚与ICL7101的2到8引脚连接（个位）；依次四个数码管与ICL7101相连。

3.8　总电路图

将传感电路、信号采集处理放大电路、A/D转换电路、七段数码显示电路这四个单元电路级联起来可以得到如图3-8总电路图所示：

图3-8总电路图

第4章　结论

首先对于温度传感器的误差分析，AD590在-55℃~+150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。

因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻为1kΩ时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。

但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。

调整的方法为：

把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使VO=273.2mV。

或在室温下（25℃）条件下调整电位器,使VO=273+25=298mV。

但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。

本学期开设的重要实用的一门功课《传感器》，通过对传感器的学习使我以前学习的科目有了更深的认知，掌握了更多的知识，了解更多的要点，对自己的不足也有了跟多的了解。

为自己以后的学习工作生活打下了夯实的基础，这就是我通过本次课程设计最深的体会与认知。

本次的课程设计对一学期的学习有了很好的总结。

对于一学期的传感器的学习，一直是只拘泥于课本知识，没有做过跟实际问题相符的小课题。

通过本次的设计，对于以后做的毕业设计有很大的帮助。

传感器综合设计在现实生活中有着广泛的应用，学好传感器对以后的工作和生活会有很大的帮助。

参考文献

[1]刘爱华.传感器原理与应用技术.人民邮电出版社.2008.

[2]郁汉祺.电气控制与PLC应用技术.东南大学出版社.2010.

[2]张新安.用AD590制作高精度数字温度计[J].实用电子制作.2007.

[3]王远，张玉平.模拟电子技术基础[M].北京:

机械下业出版.2007.