1、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
2、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
3、。 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-50150。AD590输出电流值(A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440 V。输出电流I0以绝对温度零度-273为基准, 温度每升高1 ,
4、电流值增加1A。 图3-2AD590基本原理图温度t对应输出电流Io为3-2Io(t)=273A + t1A/ (3-2)式中: 273A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)=298 A 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=0.273 V,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2
5、5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
6、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/RCCOM :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
7、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0.47F,而2V满刻度是0.047F。BUF:缓冲放大器输出端,接积分电阻Rint。其输出级的无功电流( idling current )是100A,而缓冲器与积分器能够供给20A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47
8、K,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。3.5 A/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3-7ICL7107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LE
9、D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
10、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1k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
11、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A D590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.
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