简易数字温度控制器设计制作论文 精品Word文件下载.docx

1、二、温度控制器电路的设计2.1温度传感器的选择1 温度传感器选择集成温度传感器AD590AD590的外形采用TO52金属圆壳封装结构，其管脚排列如图 （a）。它是一种二端元件，属于一种高阻电流源，其典型的电流温度灵敏度是1A/K，温度为0时，AD590输出的恒流值为273.15A，当温度升高或降低1时，AD590的输出电流就增大或减小1A。AD590测量温度范围是-55+150；在整个测温范围内的非线性误差小于0.3；工作电压范围430V。由AD590组成的测温电路如图（b）所示。（a） AD590外形图 （b） 温度测量电路图2 AD590组成的温度测量电路在图 （b）电路中，由基准源MC1

2、403提供的电流i0为：调节RP1即可改变i0的大小。AD590输出电流的温度灵敏度为 1A/K，绝对温度与摄氏温度的关系为K=+273.15 。设要测量的温度为T（摄氏温度），则流过AD590的电流it为：流过反馈支路的电流：可见若要使，只要调节电位器RP1即可。此时放大器的输出电压为：若要求U0的灵敏度等于10mV/，可选R2=9.1k，RP2=2 k。电位器RP1是调零作用，RP2是调节满量程输出。集成运算放大器要选取高精度型器件。这里选用OP07。2 温度传感器选择集成温度传感器LM35LM35是把测温传感器与放大电路做在一个硅片上，形成一个集成温度传感器，如图3所示：（a） LM35

3、外形图 （b） 温度测量电路图3 LM35组成的温度测量电路 LM35是一种输出电压与摄氏温度成正比例的温度传感器，其灵敏度为10mV/；工作温度范围为0-100；工作电压为4-30V；精度为1。最大线性误差为0.5；静态电流为80uA。其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0 时输出为0V，每升高1，输出电压增加10mV。该器件如塑封三极管（TO-92）。 该温度传感器最大的特点是是使用时无需外围元件，也无需调试和校正（标定），只要外接一个1V的表头（如指针式或数字式的万用表），就成为一个测温仪。所以采用LM35温度传感器。2.2采样电路及校准电路2.2.1 LM324内部包括有四个

4、独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，既可接单电源使用 （330 V），也可接双电源使用（1.515 V），驱动功耗低，可与TTL逻辑电路相容。 LM324的封装形式为塑封14引线双列直插式，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图4。 图4 LM324引脚图2.2.2 当输入信号变化太快时，要求输出信号能快速而准确地更谁输入信号的变化进行间隔

5、采样。在两次采样之间保持上一次采样结束的状态。当电信号来时Uo对C充电，Uo=U1=Uc及输出电压跟随数入电压的变化，电信号中断时，电路处于保持周期，因为电容元件五放电电路，故U1=Uc，这种将采集到的数值保持一定时间。如图5所示（a）电路 （b） 输入输出信号波形图5 温度采样保持电路电路的电压放大倍数Au也仅由外接电阻决定：Au=1+Rf/R1，通过改变Rf来改变Uo与U1之间的放大关系即校准标准温度。2.3 上下限采集电路（a）上限采集电路 （b）下限采集电路图6 上下限采集电路上下限采集电路采用反相交流放大器电路，此放大器可代替晶体管进行交流放大，电路的电压放大倍数Au也仅由外接电阻决

6、定，上下限采集电路的电压放大倍数Au=1。根据电工学知识：Vcc=5V（1）上限采集电路R=R2+R3+R4 =20k+5K+500=25500U1=IR4=0.000196500 =98mVU2=I（R4+ R3）=0.000196（5000+500）=1078mV所以有U2：U1= U2 = U2（2）下限采集电路R=R5+R6 =20k+5K=25000U3=I0=0VU4=IR6=0.00025000=1000mV所以有U3：U3= U3 = VB；在t1t2时，VBVA；在t2t3时，VAVB。在这种情况下，Vout的输出如图8（c）所示：VAVB时，Vout输出高电平（饱和输出）；

7、VBVA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。图8 电压比较器工作分析 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图8（b）所示，则Vout输出如图8（d）所示。与图8（c）比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。温度比较电路（a） 上限比较电路 （b）下限比较电路图9 温度比较电路U4in接温度采集输出，UR接上限比较电路。当当前温度低于上限时U5out输出高电平，高于高限时U5out输出低电平;U6in接温度采集输出，UR2接下限比较电路。当当前温度低于下限时U7out输出低电平，高于下限时U7out输出高电平。分析

8、如下图10（a）低限电平输出 （b）高限电平输出图10 上限限电平输出比较2.5 温度控制电路74LS00是常用的2输入四与非门集成电路，其引脚如下图： 图11 74LS00引脚图74LS00真值表ABY1RS 触发器把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触发器，其逻辑电路如图12所示。它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Q非。（a）逻辑电路 （b）逻辑符号图12 RS 触发器电路基本RS触发器的逻辑功能入下表如下：RSQ逻辑功能置0置1不变保持禁止将上限U5输出接于R端，下限U7接于S端。输出为Q非端，电平输出图13 图13 电平输出图2.6 执行机构及报警电路光电耦

9、合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。双向可控硅晶闸管 晶闸管是一种大功率半导体器件，主要用于大功率的交直流变换、调压等。双向可控硅有第一阳极A1（T1），第二阳极A2（T2）、控制极G三个引脚。它能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等特点，它是大

10、功率形状型半导体器件，广泛应用于电力、电子线路中。图14 执行机构电路（a） 上限报警电路 （b）下限报警电路 （c）加热信号图15 报警电路2.7 显示温度电路A/D变换及显示A/D转换器的主要功能是将模拟电压或电流转换成数字量。实现A/D转换的方法很多，常用的有双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行比较式A/D转换器等。双积分A/D转换器的特点是转换精度高、灵敏度高、抑制干扰信号的能力强，价格低廉，可广泛用于数字仪表和低速数据采集系统中。另外，这类转换器的输出数据常以BCD码或二进制码格式输出，所以数字显示方便。常用的双积分式A/D转换器集成器件有ICL7106/7107/71

11、09/7135、MC14433等。逐次逼近式A/D转换器是一种转换速度较快，转换精度较高的转换器。一次转换时间在数微秒到百微秒范围内，广泛应用于中高速数据采集系统、在线自动检测系统、动态测控系统等领域中。与双积分式A/D转换器相比，逐次逼近式A/D转换器的抗干扰能力较差。目前常用的逐次逼近式A/D转换器集成电路有ADC0808/0809、AD574A、AD1674、ADC1210/1211等。并行比较式A/D转换器是一种转换速度最快的转换器，它最适合应用在数字通信技术和高速数据采集技术中。缺点是电路复杂，价格高。目前出现了一种串、并行A/D转换方案进行折衷，使电路结构简化，但速度有所下降。由于本设计用于检测显示温度信号，而温度信号变化比较缓慢，所以选择双积分式集成A/D转换器比较合适。测量显示电路选用双积分式A/D转换器ICL