課程設計報告摘要溫度是一個與人們生活和生產密切相關的重要物理量。溫度的測量和控制技術應用十分廣泛。在工農業生產和科學研究中，經常需要對某一系統的溫度進行測量，并能自動的控制、調節該系統的溫度。本設計采用的溫度傳感器是LM35溫度傳感器， LM35溫度傳感器是利用兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，當導體A和B之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流。測試電路是通過電壓比較放大電路來實現溫度都的檢測，控制電路是通過兩個電壓比較電路來實現對兩個繼電器的控制。報警電路有555時基電路和光敏電阻以及揚聲器組成。工作原理主要是利用溫度傳感器把系統的溫度通過AD轉換電路將電信號轉換成數字信號，并通過與之連接的譯碼電路中顯示出來。同時電壓信號通過電壓比較器與輸入電壓比較決定輸出是高電平或是低電平，進而控制下一個電路單元的工作狀態。報警電路中，當電路出現故障使溫度失控時，使被控系統溫度達到允許最高溫度Vmax，此時發光二極管通電發光照在光敏電阻RL上，RL受光激發，電阻值迅速下降，分壓點電位升高，電路立即產生振蕩，發出聲響報警。調溫控制電路中，通過電壓比較器的輸入輸出關系，決定溫度的調節。當溫度低于下限溫度時，電路經過一系列變化接通加熱器電源對其進行加熱。當溫度升到上限溫度時，加熱器電源，停止加熱。目錄1 概述4 1.1引言41.2設計任務4 1.3設計要求4 2 系統總體方案4 2.1對溫度進行測量、控制并顯示42.2恒溫控制52.3溫度顯示部分52.4溫度顯示部分52.5方框圖總體53 各部分功能模塊設計（功能描述）6 3.1溫度傳感器6 3.2AD轉換電路7 3.3報警電路83.4調溫控制電路93.5電壓比較器104課程設計體會11參考文獻12附1：系統原理總圖131 概述1.1 引言溫度是一個基本物理量，也是一個與人們的生活環境、生產活動密切相關的重要物理量。溫度的測量和控制技術應用十分廣泛。在工農業生產和科學研究中，經常需要對某一系統的溫度進行測量，并能自動地控制、調節該系統的溫度。通過該設計我們可以直觀看到溫度視數變化，根據實際系統的需要調節系統溫度，同時我們也可以通過報警電路發出警報后再進行調節。1.2 設計任務進一步熟悉模擬和數字設計方法和規范，并進一步鞏固所學模擬電子及相關知識，達到綜合應用電子技術的目的，培養設計開發以及動手實踐等能力，學會閱讀相關科技文獻，查找器件手冊與相關參數，獨立思考分析，完整理總結設計報告。了解溫度傳感器件的功能，學會在實際電路中應用。進一步熟悉集成運算放大器的線性和非線性應用。了解檢測溫度的傳感器種類不同，采用的測量電路和要求不同，執行器、開關等的控制方式也不同。運用電子技術來實現溫度測量和控制任務，完成溫度測量和控制電路的連接和調試。學會對電子電路的檢測和排除電路故障，進一步熟悉常用電子儀器的使用，提高分析問題和解決問題的能力。1.3 設計要求 被測溫度和控制溫度均可數字顯示； 測量溫度為01200C，精度為050C； 控制溫度連續可調，精度1OC； 溫度超過額定值時，產生聲、光報警信號。2系統總體方案2.1 對溫度進行測量、控制并顯示首先必須將溫度的度數（非電量）轉換成電量，然后采用電子電路實現題目要求。可采用溫度傳感器，將溫度變化轉換成相應的電信號，并通過放大、濾波后送A/D轉換器變成數字信號，然后進行譯碼顯示。2.2 恒溫控制將要控制的溫度所對應的電壓值作為基準電壓VREF，用實際測量值與VREF進行比較，比較結果（輸出狀態）自動地控制、調節系統溫度。2.3 報警部分設定被控溫度對應的最大允許值Vmax，當系統實際溫度達到此對應值Vmax時，發生報警信號。2.4 溫度顯示部分采用轉換開關控制，可分別顯示系統溫度、控制溫度對應值VREF，報警溫度對應值Vmax。2.5 方框圖總體VmaxVREFLEDR被測量控制系統溫度傳感器放大器低通濾波器譯碼驅動顯示電路A/D轉換器執行機構調溫控制電路比較器（）揚聲器或蜂鳴器報警控制電路比較器（）S說明： 傳感器可以采用LM 35溫度傳感器，電橋的輸出電壓作為運放構成的差動放大器雙端輸入信號，將信號放大后由低通濾波器將高頻信號濾去。如上圖所示。 被測溫度信號電壓加于比較器（）與控制溫度電壓VREF進行比較，比較結果通過調溫控制電路控制執行機構的相應動作，使被控系統升溫或降溫。 當控制電路出現故障使溫度失控時，使被控系統溫度達到允許最高溫度對應值，用聲、光報警電路發出警報，值班人員將采取相應的緊急措施。 開關S1可分別閉合系統溫度、控制溫度電壓VREF和報警溫度電壓，通過A/D轉換器將模擬量轉換成數字量，顯示器顯示出相應的溫度數值。3 各部分功能模塊設計3.1溫度傳感器 LM35是電壓輸出型集成溫度傳感器， LM35集成溫度傳感器是利用一個熱電阻檢測相應的溫度，熱電偶是將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路，如下圖所示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應工作的。溫度傳感器熱電偶的結構形式 為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩定地工作，對它的結構要求如下： 組成溫度傳感器熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路； 補償導線與溫度傳感器熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。傳感器電路原理圖LM35溫度傳感器,輸出電壓00.99V,溫度每上升1,電壓上升10ms,可測溫度099.即V=0.01T，運算放大器LM358放大5倍電壓,即V=0.05T.經0809通道0轉化為數字量,因為轉換公式:V/5=X/255,即0.05T/5=X/255,則T100X/256. 為了精確到0.1,使t=10*T=1000X/256=125X/32,所以轉換公式是t=125X/32,X為數字量.其采集溫度及放大溫度電路圖如下：3.2 AD轉換電路AD轉換電路采用ADC0809。ADC0809是一種逐次比較型ADC。它是采用CMOS工藝制成的8位8通道A/D轉換器，采用28只引腳的雙列直插封裝，其原理圖和引腳圖如圖所示。ADC0809有三個主要組成部分：256個電阻組成的電阻階梯及樹狀開關、逐次比較寄存器SAR和比較器。電阻階梯和樹狀開關是ADC0809的一個特點。另一個不特點是，它含有一個8通道單端信號模擬開關和一個地址譯碼器。地址譯碼器選擇8個模擬信號之一送入ADC進行A/D轉換，因此適用于數據采集系統。（b）為引腳圖。各引腳功能如下：（1）IN0IN7是八路模擬輸入信號；（2）ADDA、ADDB、ADDC為地址選擇端；（3）2-12-8為變換后的數據輸出端；（4）START（6腳）是啟動輸入端。（5）ALE（22腳）是通道地址鎖存輸入端。當ALE上升沿到來時，地址鎖存器可對ADDA、ADDB、ADDC鎖定。下一個ALE上升沿允許通道地址更新。實際使用中，要求ADC開始轉換之前地址就應鎖存，所以通常將ALE和TART連在一起，使用同一個脈沖信號，上升沿鎖存地址，下降沿則啟動轉換。（6）OE（9腳）為輸出允許端，它控制ADC內部三態輸出緩沖器。3.3 報警電路報警電路由555時基電路和光敏電阻等組成。電路中555時基集成電路接成典型無穩態工作方式，光敏電阻RL與可變電阻器RP構成光控觸發回路。當RL無光照射時，呈高電阻狀態，RL與RP的分壓點即555型時基集成電路的4腳電位較低，若小于04V，555時基集成電路被強制復位，電路不振蕩，BL無聲，VL不發光。若發光二極管通電后發出的光照在RL上時，RL受光激發，電阻值迅速下降，分壓點電位升高，當大于0.4V時（少數時基電路為大于1V)，強制復位被解除，電路立即產生振蕩，BL就發聲報警，同時VL發光。此時，人們可以根據實際情況對系統進行降溫。3.4 調溫控制電路如圖所示為溫度范圍控制電路。該電路由降壓整流濾波電源電路和溫度控制電路兩部分組成。其中溫度控制電路由555和R1、R2R4、W1、W2等組成，且R1為一負溫度系數的熱敏電阻(3k)，W1為溫度下限預置調節，W2溫度上限預置調節，且通過調節W1、W2使555腳、腳分別置于1/3Vcc、2/3Vcc附近。 當溫度低于下限溫度時，R1的阻值變大，從而使555腳電位低于1/3Vcc，相應555置位，腳輸出高電平，使發光二極管LED2點亮，繼電器J1吸合，觸點J1-3接通加熱器電源對其進行加熱。當溫度升到上限溫度時，R1的阻值變小，使555腳電位大于2/3Vcc，且腳的電位必然大于1/3Vcc，相應555復位，腳輸出低電平，發光二極管LED1點亮，繼電器J1釋放，觸點J1-3斷開，加熱器電源，停止加熱。這樣調節好W1、W2后，可以隨設定溫度(20100)的變化而置位或復位，及時將J1吸合或斷開，控制加熱器的通、斷，從而實現溫度調節。 3.5電壓比較器電壓比較器是用來比較兩個輸 入電壓的大小，據此決定其輸出是高電平還是低電平。以圖1所示的同相電壓比較器電路為例，參考電壓VREF加于運放的反相端，VREF可以是正值或負值。而輸入信號vI加于運放的同相端。Vi VohVo/v0Vol 圖9 圖10反之當Vi從反向端輸入時，Vref改接到同相端，則稱為反相端輸入單限門電壓比較器。圖11測量信號經放大跟隨后與兩個比較器運放反相和同相輸入端比較，低于下限時，上方運放輸出直流脈沖電平使JA吸合，加熱器工作，上升到下限值時，由于磁保持作用，JA觸點繼續閉合，加熱器工作，繼續升溫，到上限值時，下方運放輸出直流脈沖電平使JB吸合，帶動JA轉為常開，停止加熱，溫度開始下降，降到下限值后，JB磁保持使JA仍為常開，加熱器不工作，直到低于下限值后，重復加熱過程，具備溫度記憶功能。W2為3296多圈精密可調電阻.數字表頭采用ICL7101 LED表頭， 3 1/2 位，可采用AE5543。帶動加熱元件工作的繼電器為磁保持繼電器，JA，JB為同一繼電器的兩組線圈，該繼電器的特點是采用脈沖驅動，具有記憶功能，動作速度快，耗熱小。Vo/v4課程設計體會以前對自己學的專業了解的僅僅是一個概念，或者是說是一個框架，沒有任何實在的內容。通過這次課程設計了解到了網絡、信息和電氣設備基本工作情況。也對自己在數字和模擬電子方面的能力有了更客觀的評價，在這次設計過程中，從最基本的查元件，找資料做起，了解了完整的電子設計的一般步驟，也和同學們共同探討研究，學到了很多課堂上學不到的東西，也遇到了各種各樣從沒想過的問題，并認真的解決了它們，這些知識為我今后的學習奠定了基礎，激發了我繼續學習的和探索真知的熱情。參考文獻 1現代電子學及應用，童詩白、徐振英編，高等教育出版社，1994年 2電子系統設計，何小艇等編，浙江大學出版社，2000年 3集成電子技術基礎教程，鄭家龍、王小海、章安元編，高教出版社，2002年5月