简易温度采集器.docx
《简易温度采集器.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《简易温度采集器.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
简易温度采集器
电气电子信息工程系课程设计报告
简易温度采集器
作 者 田艳静 081851005
岳云081851014
王翠翠081851019
姬彩霞081851025
专 业电子信息工程
年 级 2008
指导教师 李研达
成绩
日 期 2009.04.28
目录
1引言3
2技术要求3
3方案论证3
4电路设计4
4.1根据设计要求,画出系统结构图4
4.2温度测量模块4
4.2.1温度传感器介绍4
4.2.2AD590的主要特性5
4.3A/D转换模块……………………………………………………………………………….5
4.4显示模块8
5调试10
6结束语10
参考文献12
附录一部分电路图13
摘要:
本设计方案主要包括四大部分温度信号采集及放大部分,A/D转换部分及数字显示部分。
设计的产品为数据采集显示器,设计要求为数字显示测得的温度,测得的温度范围为0℃~100℃。
关键词:
传感器ADC080474LS48
1引言
随着我国工业的迅速发展,数据采集领域正在发生着重要的变化.传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件,热敏电阻成本低,但需要后续信号处理电路,而且热敏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。
我们选用的是美国模拟气电公司生产的集成感温电流源AD590进行温度采集。
AD590接口电路非常简单,不需要外围温度补偿和线性处理电路,便于安装和调试。
ADC0804进行数模转换,通过74LS48驱动数码管显示温度。
2技术要求
(1)能进行温度采集
(2)在一位数码管上显示当前采集到的环境温度(0~9)
3方案论证
方案一:
采用AD590作为传感器,通过采集电压的变化,测得环境温度。
当温度转换为相应的电压后,因为要实现温度的数字显示,就必须有模拟/数字转换装置。
考虑到温度信号为缓变信号,而在单片集成A/D转换器中,逐次比较型使用较多,在精度速度和价格上都适中。
双积分A/D转换器具有精度高,抗干扰能力强,但转换速度慢。
所以我们选用ADC0804.ADC0804足以满足转换速度的要求。
如果对A/D转换器的转换精度要求更高,可采用12位的A/D转换器,例如:
AD574A。
而ADC0804常与AT89C51相联。
我们采用LED数码管显示器进行显示。
它具有结构简单,价格低廉,使用方便,耗电少,与单片机接口容易等特点,在单片机应用系统中使用的非常普遍。
方案二:
采用AD590作为传感器,由于电源都有噪声,所以用齐纳二极管作为稳压元件,利用电阻进行分压,通过差分放大器送入ADC0804进行A/D转换,数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。
由于经济能力和个人能力水平有限,所以我们采用常用的7448显示驱动译码器驱动LED显示,它能实现译码和驱动的功能。
经过数码管,显示出测量出温度。
所以我们选用方案二。
4电路设计
4.1根据设计要求,画出系统结构图
温度传感器
信号放大电路
A/D转换器
数码管显示电路
4.2温度测量电路
AD590输出电流I=(273.2+T)uA(T为摄氏温度),因此测量的电压V为(273.2+T)uA*10kΩ=(273.2+T/100)v.为了将电压测量出来又需使输出电流I不分流出来,可使用电压跟随器,其输出电压V2等于输入电压V0.
由于一般电源供应较多器件之后,电源是带噪声的,因此可使用齐纳二极管作为稳压元件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V.
接下来使用差动放大器,其输出V0为(100K/10K)*(V2-V1)=T/10V.如果现为摄氏28度,输出电压为2.8V。
4.2.1温度传感器介绍
本设计采用国产的AD590,AD590是电流型PN结集成温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。
它只需要一种电源(4.5~24V)即可实现温度到电流的线性变换,然后在终端使用一只取样电阻,即可实现电流到电压的转换。
AD590温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量,而且精确度高、互换性好、应用简单方便,因此,可把输出的电信号经A/D转换为数字信号。
由于AD590性价比较高,所以我们制作电路板的时候把温度采集电路去掉了,只做了模数转换及显示部分。
4.2.2AD590的主要特性
1、流过器件的电流(1μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)变化1K,即1μA/K
2、AD590的测温范围为-55℃~+150℃。
3、AD590的电源电压范围为4V~30V。
电源电压可在4V~6V范围变化,电流TI变化1mA,相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。
4、精度高,AD590共有I,J,K,L,M五档。
其中M档精度最高,输出电阻为710MW。
AD590的主特性参数如下:
工作电压:
4~30V;
工作温度:
-55~+150℃;
保存温度:
-65~+175℃;
正向电压:
+44V;
反向电压:
-20V;
焊接温度(10秒):
300℃;
灵敏度:
1μA/K。
AD590的接脚图及零件符号
图1AD590引脚图
它采用金属壳3脚封装,其中1脚为电源正端V+;2脚为电流输出端I0;3脚为管壳,一般不用。
4.3A/D转换模块
A/D转化电路见附录一.
本设计采用ADC0804,它是有20引脚CMOS8位单通道逐次渐近型的模/数转换器,分辨率8位,转换时间100μs,输入电压范围为0~5V,增加某些外部电路后,输入模拟电压可为5V。
该芯片内有输出数据锁存器,工作电压为5V,输出为三态结构。
由AD590输出的电压V0接ADC0804的6管脚。
转换器的时钟脉冲由外接10KΩ电阻和150PF电容形成,时钟频率约640KHz。
基准电压由其内部提供,大小是电源电压UCC的一半。
为了启动A/D转换,应先将开关K闭合一下,使
端接地(变为低电平),然后再把开关K断开,于是转换就开始进行。
模/数转换器一经启动,被输入的模拟量就按一定的速度转换成8位二进制数码,从数字量输出端输出。
ADC0804引脚功能及应用特性如下:
(1)UIN(+)和UIN(-):
为模拟电压输入端,模拟电压输入接UIN(+)端,UIN(-)端接地。
双边输入时UIN(+)、UIN(-)分别接模拟电压信号的正端和负端。
当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时,可在UIN(-)接一等值的零点补偿电压,变换时将自动从UIN(+)中减去这一电压。
(2)基准电压UREF:
为模数转换的基准电压,如不外接,则UREF可与UCC共用电源。
(3)
为片选信号输入,在微机中应用时,当
=0,说明本片被选中,在用硬件构成的ADC0804系统中,
可恒接低电平。
为转换开始的走动信号输入,
为转换结束后从ADC中读出数据的控制信号,两者都是低电平有效。
(4)CLKR和CLKW:
ADC0804可外接RC产生模数转换器所需的时钟信号,时钟频率fCLK=1/1.1RC,一般要求频率范围100KHz~1.28MHz。
(5)
中断申请信号输出端,低电平有效,当完成A/D转换后,自动发
信号,在微机中应用,此端应与微处理器的中断输入端相连,当
有效时,应等待CPU同意中断申请RD=0时方能将数输出。
若ADC0804单独应用,可将
悬空,而直接接地。
(6)AGND和DGND:
分别为模拟地和数字地。
(7)D0~D7是数字量输出端。
转换器的时钟脉冲由外接10KΩ电阻和150PF电容形成,时钟频率约640KHz。
基准电压由其内部提供,大小是电源电压UCC的一半。
为了启动A/D转换,应先将开关K闭合一下,使
端接地(变为低电平),然后再把开关K断开,于是转换就开始进行。
模/数转换器一经启动,被输入的模拟量就按一定的速度转换成8位二进制数码,从数字量输出端输出。
ADC0804转换器的工作时序如图所示。
4.4显示模块
本设计采用LED数码显示器,由发光二极管组成,它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,它结构简单、价格低廉、使用方便、寿命长、工作稳定可靠等优点,成为最具优势的新一代显示媒体,LED数码显示器有共阴和共阳两种接法,共阴极是高电平有效,共阳极是低电平有效。
7448译码驱动器来驱动LED数码显示器。
7448显示译码器输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器。
ADC0804的11,13,15,17管脚的数字量输出接7448的1,2,6,7管脚。
由7448的输出9~15管脚接LED。
它将输入的二进制代码转换成显示器所需要的七个段信号a~g。
数码管外形和引脚:
7448译码驱动电路特性介绍:
数字显示译码器是驱动显示器的核心部件,它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码,并在数码管上显示出来。
下图所示为七段显示译码器7448的引脚图,输入A3、A2、A1和A0接收四位二进制码,输出a~g为高电平有效,可直接驱动共阴极显示器,三个辅助控制端
、
、
,以增强器件的功能,扩大器件应用。
7448的真值表如表2所示。
从功能表可以看出,对输入代码0000,译码条件是:
灯测试输入和动态灭零输入同时等于1,而对其他输入代码则仅要求=1,这时候,译码器各段a
到g输出的电平是由输入代码决定的,并且满足显示字形的要求。
灯测试输入
低电平有效。
当
=0时,无论其他输入端是什么状态,所有输出a~g均为1,显示字形8。
该输入端常用于检查7448本身及显示器的好坏。
动态灭零输入
低电平有效。
当
=1,
,且输入代码
时,输出a~g均为低电平,即与0000码相应的字形0不显示,故称“灭零”。
利用
=1与
=0,可以实现某一位数码的“消隐”。
灭灯输入/动态灭零输出
是特殊控制端,既可作输入,又可作输出。
当
作输入使用,且
=0时,无论其他输入端是什么电平,所有输出a~g均为0,字形熄灭。
作为输出使用时,受
和
控制,只有当
,
,且输入代码
时,
,其他情况下
。
该端主要用于显示多位数字时多个译码器之间的连接。
七段显示译码器7448的逻辑功能表如下所示:
5调试
1.方法:
主要是通过改变输入电压的值来进行调节。
2.步骤:
(1)初步检查电路板,看是否有元件没有焊完,位置是否正确;
(2)在上一步的基础上,如果没有问题,就观察是不是元件的正负极接反,元件的参数是否正确。
(3)如果是元件的参数出现了问题,则根据故障来决定是将元件调小还是加大。
3.固定电阻器色环标志读数识别规则4.电容的测试同电阻一样要先打磨引脚,但不同的是电容要用指针表测试,在测试是要先把指针表满偏同时将指针表打到1K档,其次:
用表笔对电容进行放电,在用表进行测试,用红笔接负极,黑笔接正极;最后:
看指针的偏转,且还要指针还原,如能还原就表明电容正常,不能回到原位则表明电容漏电。
(1)测试漏电电容方法:
用万用表的电阻挡(R*100和R*1K),将表笔接触电容器两引线。
刚接触时,由于电容充电电流大,表头指针偏转角度大,随着充电电流减小,指针逐渐向R=无穷方向返回,最后稳定处即漏电电阻值。
一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧,漏电电阻相对小的电容质量不好。
测量时,若表头指针指到或接近欧姆零点,表示电容器内部短路。
若指针不动,始终指在R=无穷处,则意味着电容器内部短路或已失效。
对于电容量在0.1μF以下的小电容,由于漏电电阻接近无穷,难以分辨,故不能此法侧漏电阻或判定好坏。
安装调试时,线路局部出现电路不通,经检查发现产生这种原因的可能是因为焊接的时候有虚焊、印制电路板不好或是接元器件的时候无意间把某跟导线弄断所导致。
在此次安装调试中,我们学到了许多课本中没有学到的知识,它不仅需要我们对课本专业知识有较深的理解,而且要学会与实践相结合。
6结束语
在这次课程设计中,我们要感谢李研达老师,在李老师的悉心指导和严格要求下已顺利完成课程设计。
在从课题选择、方案论证到具体设计和调试,都受到了老师的精心指导和无私的关怀,在设计中我们有了很大的收获,受益匪浅。
在此向李老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
本设计能够顺利的完成,归功于各位任课老师的认真负责和悉心帮助和支持,才使我的设计工作顺利完成,在此向安阳师范学院,电气电子工程系的全体老师表示由衷的谢意。
感谢他们的辛勤栽培。
参考文献
[1]阎石主编·数字电子技术基础[M]·北京·高等教育出版社·2001
[2]张玉璞,李庆常主编·电子技术课程设计[M]·北京·北京理工大学出版社·1994
[3]张顺兴·数字电路与系统设计[M]·东南大学出版社·2004.8
[4]林春芳,胡伟全,徐凤云·传感器原理及应用[M]·安徽·安徽大学出版社·2004.8
[5]赵淑范主编,电子技术实验与课程设计[M]·清华大学出版社2006
[6]马俊兴主编,数字电子技术[M]·科学出版社2005
[7]李银华,王新全,汪泳·电子线路设计指导[M]·北京·北京航空航天大学出版社·2005.6
附录一: