温度测量 2Word文件下载.docx

1、1了解温度采集传感器Rt100的工作原理，掌握其工程设计实用方法。2. 掌握模数转换、电阻电压转换及数码显示电路的设计构建方法。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。第二部分 系统概述一、设计任务及要求分析 本实验要求温度测量数显控制仪的测量温度的范围为-50200，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），其测量误差为当超过某一设定温度上限时（如30），能够声光报警。实验中涉及到温度采集、电阻电压转换、A/D转换、数码显示等。在设计实验方案时大体上按照上面的内容进行设计，根据设计任务及指标有以下两种方

2、案可以实现实验要求。二、设计方案及比较论证方案一 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Rt100，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，Rt100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的温度测量数显控制仪

3、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DS18B20的温度测量数显控制仪DS18B20感应到对应温度值时会出输一个对应电压,对过AD采样模快对电压采样,得到对应值,数据给单片机计算然后输出显示就可以得要实测温度。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20体积小，使用方便，但需要通过编程来实现对温度的测量，其外部供电要求也比较严格。整体说来，我认为

4、方案一比较适合本次实验。原因有以下几点：1、本次实验为综合性设计实验，实验的目的是考察学生的综合能力以及锻炼学生的思维动手能力，在这一点方案一比方案二要好。2、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。综上所述，我认为采用方案一是合理的选择。第三部分 单元电路设计与分析一、 各单元电路构成及其原理分析1、稳压电路稳压电路原理图稳压电路主要功能是将220V的电压转换成为5V的电压，用以控制仪各个部分的供电。在实际的实验室操作过程中，我直接用5V的电压进行供电，但考虑到实验产品的实用性，稳压电路的实际就成为

5、了必须要考虑的一项内容。2、温度采集及电阻/电压转换电路温度采集主要用到了铂电阻Rt100的温度传感特性。当温度发生变化时，铂电阻的阻值会发生变化，而铂电阻的阻值又与温度呈现一一对应的关系，具体对应关系见下表：温度-50-25255075100125150175200阻值80.3190.19109.73119.40128.98138.50147.94157.31166.61175.841、当t=-50时，运放的输出电压为Uo=（1+80.31/33） 0.3=1.03V2、当t=200时，运放的输出电压为Uo=（1+175.84/33） 0.3=1.90V3、在-50 200，输出电压在1.0

6、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。电压跟随器电路示意图电阻/电压转换电路将铂电阻的阻值转换为实时电压，从而实现了对温度的采集和信号的转换。3、A/D转换器A/D转换器采用美国Harris公司的ICL7107（双电源5V供电），它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动发光二极管（LED）。 内部设有参考电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参考源和时钟系统等功能。将高性能、低功耗和低成本很好的结合在一起，它有低于10V的自动校零功能，零漂小于1V/，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广泛用于

7、各种单片测量单元。可用于组装成各种数字仪表或数控系统中的监控仪表，广泛用于电压、电流、温度、压力等各种物理的测量。封装形式有DIP40、LQFP44或QFP44 等。C1为外接积分电容，R1为外接积分电阻，C2为自动调零电容，C4为基准电容，C5、R6为内部时钟振荡器的外接电容、电阻。具体的元件参数已经在途中给出，在这里就不再赘述。 振荡频率 f=0.45/R6C5 R6=100K、C5=100PF,则主振频率为45kHz,采样时间为每秒3次。 IN+为外加信号输入端；IN-为输入基准信号零点，VREF+为基准信号端子。当基准信号调到02V时，外加信号的输入也在02V，LED对应显示01999

8、，相当于1mV对应1个字。当输入信号超过上限量程时，千位数码管显示1，而其余三位数码管全无显示；当输入信号超过下限量程时，千位数码管显示-1，而其余三位数码管全不显示.正电源通过R7限流电阻向共阳极数码管供电，改变R7可改变数码管的亮度。A/D转换器可以说是整个设计电路的核心部分，而ICL7107则是A/D转换电路的核心部分。了解ICL7107的使用方法及原理，对于整个电路设计直观重要。因此在实验开始前，我就上网查阅有关资料，积累了一些针对ICL7107的知识，因此在实验过程中能够较为深入的理解具体电路的设计原理。4、控制电路 这里，我主要讲述控制电路中的电压比较器电路电压比较器电路电压比较器

9、主要用于控制加热设备或制冷设备的通断，其控制原理如下：1、切换开关K置于1挡时，仪表显示测量温度值；2、置于2挡时显示设定温度。3、当测量温度值低于设定温度值时，8管脚输出高电平，二极管不工作。当测量温度高于设定温度时。8管脚输出低电平，二极管工作。5、显示电路当温度测量完之后，要通过显示电路将测量值显示出来。显示电路由ICL7107以及数码管构成。其中，数码管是LG5011BSR,采取共阳极接法，即阳极接到电源正极，其余的各个管脚与ICL7107的管脚一一对应连接。6、声光报警电路声光报警电路主要由发光二极管、PNP三极管、蜂鸣器和小风扇组成。其中小风扇和蜂鸣器并联接在三极管的集电极（c极）

10、，三极管可以放大电流，从而驱动小风扇和蜂鸣器工作。其工作原理如下：1当测量温度低于设定温度时，发光二极管截止不工作，三极管也处于截止状态，小风扇和蜂鸣器不工作；2当测量温度高于设定温度时，二极管导通，三极管导通，b极的电流经过放大驱动蜂鸣器和小风扇工作。以上便是整个系统的单元电路设计与分析。第四部分 安装调试及测量数据分析一、 安装与调试本实验在万能板上进行元件的焊接与调试，因此在完成电路设计之后，如何进行电路安装布局成为了首要的工作。在备齐所有元器件之后，如何按设计图组装成电路图，各部分应放在什么位置，电路元件在板上应如何布置，这些问题都属于电路安装布局的问题。电子电路安装布局分为电子装置整

11、体结构布局和电路板上元器件安装布局。1、 整体结构布局整体结构布局应注意以下几点：a、 注意电子装置的重心平衡与稳定b、 注意发热部件的通风散热c、 注意不见得热干扰d、 注意电磁干扰对电路正常工作的干扰e、 注意电路板的分块与布置f、 注意连线的相互影响。强电流线与弱电流线应分开走，输入级的输入线应与输出级的输出线分开走。g、 操作按钮、调节按钮、指示器与显示器等都应安装在装置的面板上h、 注意安装、调试和维修的方便，并尽可能注意整体布局的美观2、 元件在电路板上的布局元件在电路板上的布局应遵循以下原则：a、首先布置电路的集成块和晶体管的位置 b、其他电路元件的位置安排原则是按级就近布置c、

12、连线布置，强电流线与弱电流线应分开走，输入级的输入线应与输出级的输出线分开走。d、合理布置接地线在焊接元器件之前，我首先认真阅读了电子电路安装布局原则，并根据实验所用的元器件进行了整体的布局。实验中用到了LM324和ICL7107这两个管脚较多的器件，并且有3个电位器（各有3个管脚），还有一个开关按钮。在整体布局上，我以ICL7107为中心，其余的元器件分布在其下方及两侧，整体视图效果较好。在安装焊接元器件时，我首先将ICL7107和数码管连好，并测试数码管能否正常工作。当数码管能够正常工作后，我又开始焊接其他元器件。在焊接完所有元器件后，我开始了电路的调试。一个组装好的电子系统不可能不经过调

13、试即可满足设计要求，所以焊接好的电子电路应经过认真、细致的调试，以满足性能要求。调试步骤有以下几点：1、检查电路我首先用万用表进行焊点检查，检查是否有虚焊及漏焊、错焊。同时结合电路原理图检查是否存在错接、漏接现象。经仔细检查，我发现了一处错误，立即进行了改正。2、通电观察实验室提供有5V的稳压源，将电路的阳极导线、地线、阴极导线分别于电源的正极、地级、负极相连，观察电路是否有异常情况，如元器件发热、冒烟等，如出现异常，应立即关闭电源，检查并排除故障后继续进行操作。经观察，未出现异常。3、静态调试先不加输入信号，测量电路有观点的点位是否正常。4、动态调试加上输入信号，观察电路输出信号是否符合要求

14、。5、指标测试电路经静态和动态测试正常后，即可对设计要求的技术指标进行调试。调试过程中应认真记录实验数据和现象，并针对不同情况制定相应的调试方法。本实验的调试部分比较棘手，为了实现设计要求，控制仪的温度测量范围为-50200，并且测温精度为由于铂电阻阻值为80时，温度为-50；阻值为175时，温度为200。所以调试时先在铂电阻Rt100处接上80和175的电阻，调整电路使数码管分别显示-50和200。而调试的重点在于更换电阻R3和R5，以及调节电位器。如图所示当Rt100为80时，应调换R3，并调节与之相连的电位器，使数码管显示-50。经过多次的调试，最终R3改为16.8K,数码管显示-050

15、。当Rt100为175时，应调换R5，并调节与之相连的电位器，使数码管显示200。经过多次的调试，最终R3改为1.2K,数码管显示200。当测量上限与下限值调好之后，又换上其他阻值的电阻，观察数码管显示的数字。当Rt100为100时，数码管理论显示值为000，而实际为001；当Rt100为166时，数码管理论显示值为175，而实际为177。可见，电路调试已经基本符合设计要求中对测温的要求。之后，我又进行了设定温度与测量温度的调节。设定温度是通过上图中的电位器进行设置的。我设定的温度为32，理论上当测量温度超过设定温度时，发光二极管应该工作。当我将Rt100换为166的电阻时，发光二极管亮了，说

16、明设定温度电路能够正常工作。在之前的调试工作完成之后，我向老师要了铂电阻和蜂鸣器以及小风扇。当将铂电阻接在相应位置后，经测量观察，温度测量较为准确。接下来就是安装小风扇及蜂鸣器了。当我将小风扇和蜂鸣器按照原理图连接好之后，通电并对铂电阻进行加温，发现当温度超过设定温度时，更名器和小风扇正常工作，但二极管不亮。这时我有点紧张了，就赶紧查找原因，排查故障。但时间过去了不少，还是没有找到原因。情急之下我向老师求助，老师让我看看二极管是否接错了。这时我才意识到我之前所犯下的错误。之前由于个人疏忽，在改动局部电路线路时，误将二极管的负极接到了地线上，这才导致上面所说的状况。在重新改好电路之后，我又进行了

17、通电检测，这时一切工作正常，实验即将完成，心中也松了一口气。但回想起由于自己的疏忽导致的实验故障，我又感到一丝惭愧，这也很好的给我上了一课，让我在今后的学习生活中能够细致认真的完成工作。至此，我的整个实验设计已经完成，并且顺利的通过了老师的验收。第五部分 结束语本次实验为综合设计性实验，实验要求及设计指标都不是很难。实验主要是为了让同学们能够有一次亲自动手设计电子装置的机会，在设计过程中逐渐提升动手及思维能力。通过本次实验，我自己在动手能力上有所提高，并且用到了之前所学的相关学科知识，将模拟电子技术、数字电子技术相结合，在整体的电路图设计上有了一定的经验积累。在实验过程中，我了解认识到了ICL7107，也对A/D转换原理有了一定的了解与认识。此外，对数码管显示电路知识又有了一次巩固的过程。在实验当中，我遇到了一些问题，但经过自己的检查和询问老师同学，我解决了所遇到的问题。提高了自己分析与解决问题的能力的同时，也让我知道在实验过程中耐心和细心时必不可少的。当遇到问题时，应认真排查故障，找到解决问题的方法。总而言之，本次实验我受益匪浅，综合实验能力有所提高。在这里，我衷心的希望电子电路实验能给越来越多的同学带来能力上的提高，让每一位同学都能在实验过程中有所收获。附录1、 整体电路图2、 参考文献3、 元件表报告参考资料： （信通学院实验示范教学中心 电子电路综合实验教学组编写）