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1、仪器仪表电路课程设计总结-温度测控电路 仪器仪表电路课程设计总结 温度测控电路 摘要：温度是一个与人们生活和生产密切相关的重要物理量。温度的测量和控制技术应用十分广泛。在工农业生产和科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动的控制、调节该系统的温度。本设计要求设计一个温度测控电路系统。 本设计采用的温度传感器是LM35温度传感器，LM35温度传感器是利用两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B 之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流。测试电路是通过电压比较放大电路来实现温度都的检测，控制电路是通过两个电压比较电路来实现对
2、两个继电器的控制。温度传感器检查温度并将输出给转换和放大电路，放大后的信号分别送给两路已设定好阈值的比较电路，当室温大于等于报警值时，警报灯亮。利用温度传感器把系统的温度通过AD转换电路将电信号转换成数字信号，将其显示出来。同时电压信号通过电压比较器与输入电压比较决定输出是高电平或是低电平，进而控制下一个电路单元的工作状态。报警电路中，当温达到允许最高温度，此时发光二极管点亮实现报警。 关键词：温度传感器；控制；报警；LM35；AD转换 一、设计要求： 被测温度和控制温度均可数字显示； 在保证测量温度准确的前提下，尽可能提高测量精度； 控制温度连续可调； 温度超过额定值时，产生声、光报警信号。
3、 二、系统总体方案 2.1 对温度进行测量与显示 将温度的转换成电量，然后采用电子电路实现题目要求。可采用温度传感器，将温度变化转换成相应的电信号，并通过放大、滤波后送A/D转换器变成数字信号，然后进行译码显示。 2.2温度显示部分 ，报警温度采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应值V REF 对应值V 。 max 2.3 报警部分 设定被控温度对应的最大允许值V max，当系统实际温度达到此对应值V max时，发生报警信号。 三、各部分功能模块设计 3.1温度传感器LM35 LM35是电压输出型集成温度传感器， LM35集成温度传感器是利用一个热电 阻检测相应的温度，热电偶是将两
4、种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如下图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应工作的。为了保证温度传感器热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠； 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 LM35温度传感器,输出电压00.99V,温度每上升1,电压上升10ms,可测温度099.即V=0.01T，运算放
5、大器LM358放大5倍电压,即V=0.05T.经0809通道0转化为数字量,因为转换公式:V/5=X/255,即0.05T/5=X/255,则T100X/256. 为了精确到0.1,使t=10*T=1000X/256=125X/32,所以转换公式是t=125X/32,X 为数字量。 3.2 AD转换电路 ICL7107是高性能、低功耗的三位半AD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
6、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。 ICL7107AD转换器的管脚排列及其各管脚功能如图所示。 ICL7107是集A/D转换和译码器为一体的芯片，而且这芯片能够驱动三个数码管工作而不需要更多的译码器，这给我们连接电路或者分析电路提供了一定的方便。ICL7107芯片的管脚比较多，每一个管脚所代表的功能也各不相同，能够组成各种电路，比如说有积分电路。这要求我们在接电路时要小心，不能出现错误。 3.3数码管显示 数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阴极是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每一LED的阴极
7、分别为a,b,c,d,e,f,g及sp（小数点），它的内部结构图如图所示。 共阳极数码管内部结构 在本次设计当中，由于ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们要选用共阳极七段数码管。在连接数码管时，我们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。 AD转换电路与数码管显示电路总体电路图如下： 3.4 基于OP07 的信号放大与比较电路 Op07芯片是一种低噪声非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，对于OP07A最大为25V。所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入
8、偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。 OP07外形与管脚图如下： OP-07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+。 OP-07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。 OP07特点如下： 超低偏移 150V 。 低输入偏置电流 1.8nA 。 低失调电压漂移 0.5V/。 超稳定时间 2V/month 。 高电源电压范围 3V至22V 基于OP07 的信号放大与比较电
9、路电路总体电路图如下： 3.5 电源模块 元器件选择： 1.变压器：既然要产生负电压，如不使用特殊芯片，必须使用三端输出的变压器，可选择15V/10W、15V/30W等，变压器功率要根据实际电路定。 2.整流桥：4个1N4007二极管。 3.2200uF电解电容。电解电容正负端要接对，特别是产生负电压的电路里，应该是地相对-12V是高电压。耐压值25V或50V。 4.陶瓷、独石电容均可，耐压值25V或50V。 5.发光二极管：用于显示工作状态，正负端务必接对。 电源模块总体电路图如下： 从电路中可以看到，7812/7912的输入输出端都接有电容，而且是一大一小，大容量电容是低频滤波作用，小容量
10、电容是高频滤波用。需注意的是输出端一般不要接过大容量电容，一般接几十微法的就可以了。否则有些电路中会出现关闭电源后，输出端电容向前级稳压IC放电的过程，这容易损坏稳压IC。如果电路需要，应在三端稳压器输入输出端跨接一保护二极管。它可以解决反向浪涌电流对稳压IC的冲击。这在一些实验电源中特别推荐加接以保护三端稳压器。 7805、7812，7905、7912管脚图 四、调试与总结 4.1调试与测量 通过调试电路来发现设计电路的相关内容。 （1）按照电路图对相关元件进行连接，其中注意芯片各管脚的作用以及该如何进行接线。 （2）当上步骤完成后，接通电源，观察数码管和二极管是否亮，若不亮时，要对电源模块
11、进行检测，看是否线路接触不良或者电路短路。 （3）（2）完成之后，观察数码管是否显示数值，然后改变LM35的温度值，观察数码管是否随着温度变化而变化。 若数码管数值与温度值相差太大，则要检查信号采集电路中各元件值是否对。 一些附加排插的作用 1）：P1：插LM35芯片，注意电源极性 2）：P2用于其它扩展功能及调试。#1为地线；#2为LM35的信号输入；#3为设置温度输出；#4为AD芯片的查考电压输出；#5为AD芯片的37脚，用于该脚扩展 3）P3：用导线短路#1、#2或#2、#3。#2、#3连接时，信号进行同向放大；#1、#2连接，信号不进行放大 4）P5：用于扩展区域的电源等引线 5）P7
12、（电路中木有，发的板子上有）：可以短路，也可以用于扩展。滞回比较器的正反馈可能对输入电位造成影响，为了稳定电压信号，可以引出导线，加一个电压跟随器 2、一些滑动的说明: 1）R2：调节LM35输出电压信号的放大倍数，最小值为1，此时相当于电压跟随器 2）R3：进行放大器的输入失调电压调零 3）R9：调节AD芯片的查考电压 4）R11：调节设置温度 3、ICL7107的关键引脚说明 #27：积分器 #28：缓冲放大器，接积分电容 #29：积分比较器的反向输入端，外接自动调零端 #30、31：信号地和正端 #35、36：基准地和基准电压正端 #37：数字地，与V+短路进行测试 #3840：时钟震荡
13、的引出端，外阻容元件或石英晶体组成振荡器 4、温度标定 1、P3的 #1 #2短路，采用直接输入方式 a 不接R2，直接将3个引脚短路 b 将拨动开关S1到#3 c 调节R9，使7107的#36电压为1V 2、P3的 #2 #3短路，采用放大方式 a 将拨动开关S1打到3 b调节R9，使7107的#36电压为2V c 将拨动开关S2打到1，将可调电压源调到0V输出，再连接LM35的排插的#2 d 改变可调电压源02V，观察数码管输出是否为大致线性关系，且除小数点外，数值为电压值一半。若不是线性关系，按步骤ab调节R9，减小7107的#36电压值，同时减小R2的值，使LM35#2输出为1V，U7的#6电压值与7107的#36电压相等 5、其他注意事项 1）AD芯片7107的比例读数：将#31、#36短路，就是把基准电压输入到信号输入端，这时，数码管显示通常为99.700.3之间，越接近00.0越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压多大无关，也无法外部进行调