温度测量数显控制仪的设计实现HEU选题三.docx

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温度测量数显控制仪的设计实现HEU选题三

电子电路综合设计

所选题目：

温度测量数显控制仪的设计实现

（选题三）

姓名：

XXX

学号：

08041201

2011年5月14日

目录

一、课程设计名称及设计要求…………………………………………3

二、总体设计思想………………………………………………………3

三、详细方案说明………………………………………………………4

四、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）……………………5

五、总体电路及元器件的装配与调试记录……………………………9

六、总结………………………………………………………………10

附录I：

元器件清单………………………………………………………11

一、课程设计名称及设计要求

1、设计题目

温度测量数显控制仪的设计实现（选题三）

2、设计背景

温度控制是日常生活和工程领域经常需要解决的问题，在冷库、制冷设备、粮食储备等精度要求不特别高的场合，经常采用铂电阻来实现温度的采集与控制调节。

3、设计任务

设计一个可在一定温度范围进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪。

该仪器测量温度的范围为-50~200℃，能够对温度值进行数字显示（可现实温度测量值和设定温度值两种），其测量误差为±1℃。

当超过某一设定温度上限时（如30℃），能够声光报警，并且启动风扇。

4、设计目的

1）、了解温度采集传感器Pt100的工作原理，掌握其工程设计使用方法。

。

2）、掌握模数转换、电阻电压转换及数码显示电路的设计构造方法。

3）、掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识进行初步工程设计与实际装调系统电路的能力。

二、总体设计思想

本次课程设计任务为数显温度测量仪:

测温范围-50℃—200℃。

1.方案设计

方案一、基于ICL7107的温度测量数显控制仪

本方案的设计电路由稳压电路、温度采集、电阻/电压转换器、控制电路和显示电路组成。

其中，温度采集传感器采用热敏电阻铂Pt100，A/D转换器用ICL7107（双电源±5V供电，适合驱动发光二极管显示），共阳数码管用ICL7107控制。

本方案用到了ICL7107，电路中的A/D转换电路与数码显示电路都由其控制与组成，因而在设计具体电路时，要针对ICL7107进行合理的设计。

而电阻/电压转换电路由运放电路组成，Pt100是电阻/电压转换电路的核心部分。

该方案的设计方框图表示如下

基于ICL7107的温度测量控制原理方框图

优点：

电路组成明确且设计合理，能够较为理想的实现实验设计要求。

缺点：

电路所用元器件较多，调试比较复杂。

方案二基于AT89S51型单片机的温度测量控制显示系统

利用铂热电阻的感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，选用AT89S51型单片机作为主控制器件进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，通过4位共阳极LED数码管并口传送数据，实现温度显示。

此外在外加的报警电路方面控制也比较方便。

图2-2方案二设计框图

2方案选择

整体说来，我认为方案一比较适合本次课设。

原因如下：

方案一设计合理，电路构成明确且易于操作，不用编写调试程序；方案二虽然构成要比方案一简单，但涉及到编程及调试，对学生的软件知识要求较高，由于水平有限，暂不考虑。

综上所述，我认为采用方案一是合理的选择。

用CC7107（ICL7107）组装3位半数字电压表进行显示。

测温传感器铂-100热电阻（Pt-100）进行温度采集。

热电阻变换电路要求LM3244级集成差放选择匹配。

在通过老师讲解和建议以及自身理解我用ICL7107芯片，经过铂金属的传热和中间电路将热信号转换为电压信号再经放大后输入到ICL7107芯片，最后经数字显示电路将温度信号显示。

三、详细方案说明

铂金属温度传感器的电阻值会随着外界温度的变化而变化，并且近似为线性关系。

利用这种线性关系，可以组成温度测量电路。

从这个电路中将会得到跟随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。

温度测量电路模块输出的电压信号的伏值一般较小，不能直接用于后续电路模块的输入信号。

因此，要在温度测量电路模块后面加上电压放大电路。

将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大，使得其输出的电压伏值能够满足后续电路模块的输入要求，经老师建议，选择LM324。

放大电路模块输出的电压信号分为两路：

一路直接用于数字显示电路模块的输入信号，从而得到直观的温度数据。

另一路将输出的电压信号作为继电器驱动电路模块中的电压比较器的一个输入信号。

温度控制电路模块的输出电压信号也分为两路：

一路直接送到数字显示电路模块的输入端，这样即可显示出当前要设置的温度值。

另一路送入继电器驱动电路模块中的电压比较器的另一个输入端，与放大电路模块输出的电压信号进行比较,从而由这两路输入的电压信号决定电压比较器的输出电压信号。

电压比较器的输出电压信号由其两路输入电压信号所决定。

当两路输入信号的输入电压不相等时，则继电器（即这里的蜂鸣器）驱动电路模块工作，从而控制外界温度的变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中；当两路输入信号的输入电压相等时，则蜂鸣器模块不工作，从而控制外界温度向相反方向变化，并将变化结果输入到数字显示电路模块中。

数字显示电路模块的输出显示内容，由其输入的电压信号所决定，并且其输出显示的段码数字与输入的电压信号呈一定的线性关系。

这样就可由其输入的电压信号的伏值大小来控制其显示的内容，从而得到当前温度下的数字输出显示，从而可以直观的得到当前的温度值。

当温度超过设定值时，通过三极管供压放大带动风扇进行转动。

四、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）

1、主要原件介绍

1）ICL7107

2）铂电阻Pt100

①Pt100热敏电阻将温度变化转换成电阻值的变化：

温度是0℃，阻值为100Ω；温度100℃时，阻值为138.5Ω；温度200℃时，阻值177Ω；温度电阻系数0.385Ω/℃，基本呈线性增长。

②电阻/电压转换电路

1、当t=-50℃时，运放的输出电压为

Uo=（1+80.31/33）×0.3=1.03V

2、当t=200℃时，运放的输出电压为

Uo=（1+175.84/33）×0.3=1.90V

3、在-50℃～200℃，输出电压在1.0～1.9V间。

在电阻/电压转换电路后，接一电压跟随器，提高带负载的能力。

所选运放均由LM324提供。

③由ICL7107组成A/D转换与数码驱动电路。

四只数码管共阳组成高精度数字电压表头，用来显示温度（1mV就代表1℃）.

④电源±5V和GND由实验室EM1716提供。

铂电阻对应温度表Pt100

温度℃

-50

-25

0

25

50

75

100

125

150

175

200

电阻Ω

80.31

90.19

100

109.73

119.4

128.98

138.5

147.94

157.31

166.61

175.84

3）数码管

因为是共阳极，故上端COM端接正向输入电压，下端COM端悬空。

4）LM324

LM324引脚图

实际搭配的电路图。

2、原理图

五、总电路及元器件的装配与调试记录

1、总电路图

2.、电路板焊制

在焊制电路板的过程中，遇到跳线的问题，选择直接引线解决，虽然能解决问题，但在工艺上，抗干扰上带来了较大的问题，但由于时间有限，不能用PCB进行划线，因此做得不是很好。

3、电路板的检测

A、37脚的TEST端与l脚短接，表头应显示-1888。

这时可检查显示是否缺笔画。

如有，大多是引脚、连线虚焊。

B、首先将IN+与IN-短接，表头应显示为“0000”。

若不为零，则应检查参考源电容C2和自动校零电容C4是否漏电。

C、将3l脚与36脚短接，表头读数应为1000。

若有偏差，调电位器RP。

仍然不行，多半是RP、积分电容C3坏。

D、将32脚与26脚短接，表头的最高位应显示-l，其它位均不亮。

否则，应检查电源或换芯片。

E、将芯片ICL7107正确的插入插槽，用温度计测出此时的室温，给电路板接通+5V电源。

然后调节滑动变阻器使数码管显示到当前温度。

再用数字万用表红表笔接ICL7107的36引脚，黑表笔接地。

如果测得电压为1V左右，那么该温度为此时的温度。

4、电路板检测结果及分析

电路完整，数码管显示也没有缺笔现象，也能够很准确的测得温度。

5、调试记录：

A,连接好电路图，发现指示值飘逸不定，测量ICL7107的30端31端未发现异常，再测量36端时发现漂移不定：

结论---电位器RP2损坏。

B、调零时，根据PT100在0°时对应100Ω计算得出LM324的5端输出为1.06V，测量Vin-（30管脚）发现值≠Vin+（31管脚）：

结论—-电阻值20K过大，几番测试调节，最终为13.3K。

C、调零后，根据PT100在200°时对应175.84Ω计算得出LM324的5端输出为1.62V，测量Vin-,根据Vo=1000*Vin/Vref，而且Vref-=0V,可以计算出Vref+的值，从而根据电阻分压确定电阻值。

六、总结

通过三天的努力，在老师和同学的帮助和指导下，本次试验达到了预期的实验效果。

本次试验是利用PT100接LM324运放、数码管显示A\D转换电路和数码显示电路。

数码管显示A\D转换电路主要由芯片ICL7107组成，由四位数码管共阳极组成。

LM324部分电路主要完成将温度信号转换为电压信号，ICL7107部分电路与数码管显示电路完成温度的数字显示。

详细的思考及完成，计算步骤见三---元器件的装配与调试记录。

在这次实验中，我发现了自己的很多不足。

首先，在分析原理过程中，不应该只参照一两个网上所谓的报告，应该主要研究芯片的功能，输出的公式，调整的方式等等，然后再参考老师所给的建议，进行思考。

次外，在设计之初，没有对电路的全面认识，在焊制电路板的过程中碰到不少困难。

尤其是运放，自己确实应该按照原理图的设计接口来焊接，但却自己设计了电路图，结果由于没有参照，在调节和检查电路时遇到了相当大的麻烦。

由于自身有其他安排，这次试验规定在3天内做完，因此3天内几乎一直都呆在实验室，甚至常常不吃饭，结果使得身体也不好，以后的类似实验，努力认真的同时也应该注意休息。

与同学的交流是这次实验成功的很重要的一个因素，大家探讨风扇的接法，电路的调试及错误，彼此都收获了很多很多，感谢电子电路这门实验，每一个管脚都不可以错误，每一个电压，电流都不可以偏差，每一个误差都要在允许范围内，在今后的生活学习中我会依此更加严格，严谨的要求自己。