1、课程设计 温度检测与控制电路1电子技术课程设计报告温度测量与控制电路课程设计 温度检测与控制电路2温度测量与控制电路摘要温度测量与控制电路是在实际中相当广泛的测量电路。本次设计主要运用基本的模拟电子技术和数字电子技术的知识及其基本的温度传感知识，从基本的单元电路出发，实现了温度控制与控制电路的设计。总体的设计中的主要思想：1 一，达到设计要求；二，尽量应用所学的知识；三，设计力求系统简单可靠，又实用价值。温度传感选用高精度温度传感器 LM35 进行数据采集，通过通向比例放大器进行放大。运用 555 组成的施密特触发器和单稳态触发器实现了温度的设定，以及温度控制与报警。AD 转换部分运用芯片 A
2、DC16 完成；二进制转换为 8421BCD 码运用 74LS283 实现；显示译码部分运用 4511BD 和七段数码管实现。关键词 温度测量 温度控制 声光报警 AD 转换 译码显示 555 定时器技术要求1.测量温度范围为 200C165 0C，精度 0.50C；2. 被测量温度与控制温度均可数字显示；3. 控制温度连续可调；4. 温度超过设定值时，产生声光报警。课程设计 温度检测与控制电路3正文一. 系统概述和总体方案论证方案：温度传感器模块将线性彼变化的温度地转变为线性变化的电压信号，经过放大电路输入给 AD转换电路，经过译码进行数字显示，另一路与 555定时器连接，由此设定控制温度上
3、下限，经过 555单稳态触发器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。温度传感器 放大电路 - 555 定时器 -555 定时器设定的温度限 AD 装换 声光报警 显示 温度执行二. 单元电路设计1，温度传感模块温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。方案：用 LM35 做温度传感器LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用
4、内部补偿，所以输出可以从0开始。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50A） ，所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。LM35集成温度传感器是利用一个热电偶检测相应的温度，热电偶是将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，如下图2-1-1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。课程设计 温度检测与控制电路4LM35温度
5、传感器其输出电压与摄氏温标呈线性关系，0时输出为 0V，每升高 1，输出电压增加 10mV。转换公式如下：_3510()outLMmVVTTCLM35温度传感器线性度好，电路简单。考虑到各种传感器的特点、工作温度以及精度，结合本次设计要求的考虑，决定采用方案二，选用高精度摄氏温度传感器 LM35。LM35温度传感器电源供应模式有单电源与正负双电源两种。其接脚图如下 2-1-2（a） 、 （b）所示。图 2-1-2（a）单电源模式 图 2-1-2（b）双电源模式单电源提供正温度的测量，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测。在静止温度中自低热效应(0.08)，单电源模式在 25C 下静止电流约5
6、0A，工作电压较宽，可在 420V 的供电电压范围内正常工作非常省电。其电流温度特性曲线如下图 2-1-3 所示。课程设计 温度检测与控制电路5考虑到本课题的要求，我们选用单电源模式，其电路图如下 2-1-4所示（LM35在 mulitism中无法仿真在此处用 2V的 VCC和一个滑动变阻器输出电压来代替）温度传感器 LM35单端接电源，经过同相比例器放大输出。根据所选 AD转换器的芯片参数，放大倍数选择为 5。其具体参数计算如下：Auf=1+40k10k=5选择适当的电阻值可以有不同的放大倍数，着有效的增加了此模块移植性。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
7、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；二，温度范围控制与声光报警课程设计 温度检测与控制电路6温度控制要求温度超过上限或低于下限时产生声光报警并且控制温度回到正常范围内，所以在温度控制模块用到了 555定时器组成的施密特触发器和单稳态触发器，先将运放输出的反映温度的电压接到施密特触发器的输入端通过电压的比较输出高低电平，在把输出的高低电平接到单稳态触发器的输入端，若触发则产生一个 Tw时长的高电平，继电器闭合，带动后面的加热制冷装置（此处用灯泡的亮灭来表示）。电路如图所示：温度下限设定：若下限设
8、定为 20摄氏度，则放大后的电压为 1V，低于此值的时候，触发电路，即 Ucc3 为 1V，Ucc 应设定为 3V,当电压低于 1V时，输出电压由低电平跳变为高电平，加一个非门，即让他产生一个负脉冲，触发单稳态触发器，输出一个 Tw时长的高电平，即加热 Tw时长的时间，不至于温度刚超过 20摄氏度时就停止加热，引起电路来回的跳变。工作波形如图：课程设计 温度检测与控制电路7温度上限设定：若温度上限设定为 165摄氏度，输出电压为 8.25v，要求超过此值，触发电平变化，则 Vcc应设定为 32 倍的 8.25V，约为 12.4v，刚好产生一个低电平直接输入到，单稳态触发器的输入端，触发产生一个
9、 Tw时长的高电平，继电器闭合，同理降温 Tw时间，避免电平来回跳变。故温度上下限的设定是通过 Vcc和滑动变阻器输入电压来设定的，并且连续可调。温度报警采用 LM555组成的多谐振荡器接一个蜂鸣器以及分别接在上限和下限电路输出端的发光二极管，当输入电压有高电平时，经过一个或门（74LS32）输入多谐振荡器，蜂鸣器报警，频率为 200Hz。电路如图：课程设计 温度检测与控制电路8三，AD 转换A/D 转换器的功能是在规定时间内把模拟信号在时刻 t 的幅度值（电压值）转换为一个相应的数字量。由于 A/D 转换器输入的模拟信号在时间上是连续的，输出的数字信号是离散的。所以只能在一系列选定的瞬间进行
10、 A/D 转换，这样既要求对输入的模拟信号先进行采样，然后再把这些采样值转换为二进制数字进行输出。因此，一般的 A/D 转换过程需要经过采样、保持、量化和编码这四个步骤来完成。采样就是把一个在时间上连续的信号变换为在时间上的离散的信号。因为每次把采样得到的电压值转换为二进制数字都需要经过一段的时间 T，所以在时间 T 中要保持采样值的不变，及要求利用保持电路对采样值经行储存。数字信号不仅在时间上是离散的，而且在幅度上也是离散的。为了将电压信号转换为数字信号，在 A/D 转换过程中，还必须将采样后获得的输出电压按照某种近似方式规划到与之相应的离散电平上。这一过程成为数值量化。量化后的数值经过编码
11、后就可得到相应的数字信号。采用集成芯片 AD574A 作为模数转换芯片，AD574A 是美国模拟数字公司（Analog ）推出的单片高速 12 位逐次比较型 A/D 转换器，内置双极性电路构课程设计 温度检测与控制电路9成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转换器。其主要功能特性如下： 分辨率为 12 位。非线性误差为小于1/2LBS 或 1LBS。转换速率为25us 。模拟电压输入范围为 010V 和 020V，05V 和 010V 四种输入。电源电压为15V 和 5V。 数据输出格式为
12、12 位二进制代码。芯片工作模式为全速工作模式和单一工作模式。 图 2-2-5 AD574A 引脚图温度及地址编码以及 BCD编码之间的关系表由于此芯片在软件中无法找到，故不能仿真，希望老师予以理解。温度 输入电压 地址编码000.0 0V 0000 0000 0000 0000000.1 5mV 0000 0000 0000 0001000.2 10mV 0000 0000 0000 0010. 165.0 8.25V 0000 0110 0100 0101课程设计 温度检测与控制电路10四，数字显示编码部分方案一,将电压值通过数模转换器，转换成二进制编码，之后再转换为8421BCD码。在数
13、字显示这一模块中，我们运用的方法是使用四位加法器 74LS283构成8421BCD码加法器电路。实现二进制码和 8421BCD码之间的转换。转换过后的8421BCD码与七段数码管相连接，从而达到显示数字的目的。4位二进制码转换为 4位 BCD码的原理：BCD码是用 4位二进制数表示 1位十进制数，4 位二进制数内部为二进制，BCD码之间是十进制，即逢十进一。而四位二进制加法器是按四位二进制数进行运算，即逢十六进一。二者关系不同。当和数大于 9时，既 S2S2S1S01001时。8421BCD码产生进位，而此时十六进制则不一定产生进位。当S3S2S1S01001（既和数小于等于 9）时，则不需要
14、修正或者说加上 0（即0000）将大于 9的最小项放在卡诺图中，综合考虑，可求得需要修正和数的条件为L=C3+S3S2+S3S1= C3. S3S2. S3S1在本设计中，我们的输入端为 12位二进制码，进位端连接到下一片 74LS283的输入端的最低位（即 B0端），其他三位接 0。具体的连接方法如下：课程设计 温度检测与控制电路11将二进制数转换为 8421BCD码，电路图如下 2-1-5所示。课程设计 温度检测与控制电路12图 2-1-5方案二，在数模转换部分，将电压值直接转为四位十进制数，即 8421BCD码，然后连接七段数码管，进行数字显示译码显示部分百位、十位、个位、小数位共 4
15、组 16 位 8421BCD 码依次输入给 4 片 4511BD 即可把BCD 码转换成七段 ag 显示驱动信号，在 LED 数码管上进行十进制显示。接法如图 2-2-8所示，通过总线 TEM 分别给 4 片 4511BD 温度的百位、十位、个位、小数位的 8421BCD码，译码后就可以直接在 LED 上显示。与 U19、U20 、U21 为 7 段数码管，U22 为 8 段数码管。U22 的 h 脚通过 180 电阻接+5V 电源，显示小数点。温度值即可在数码管上十进制显示。图 2-1-6译码显示电路图附本模块所用芯片信息：4511BD课程设计 温度检测与控制电路13图 2-1-7 4511
16、BD 管脚图4511BD 真值表课程设计 温度检测与控制电路14五，总体电路图课程设计 温度检测与控制电路15六，结束语本次温度测试与控制电路的课程设计主要内容到此已经基本结束。本次设计已经基本完成了课程设计的实验目标，也在仿真软件上进行了最大限度的仿真，并且得到了比较良好的效果。此次的设计中，所运用的只是一部分来源于课本，一部分来源于书籍。在整个课程设计中，我们通过多种渠道获得了所需要的知识，比如去图书馆查阅资料，上网查阅资料，请教老师等，同时也得到了许多同学无私的帮助，最终完成了整个作品的设计和仿真 。通过本次课程设计，我们很大程度上提升了自己的学习能力与合作能力，为以后独立工作奠定了良好
17、的基础。但设计中漏洞难免存在，所以我们真诚希望老师能够给予一定指导，以求进一步的完善以及提升。七，参考文献1，楚岩等.数字电子技术基础.清华大学出版社.2，林涛，林微等.模拟电子技术基础.清华大学出版社.3，刘修文.新编电子控制电路 300例.机械工业出版社.4，潘渊，丁健.大学物理实验.西北工业大学出版社.5，从宏寿，程卫群，李绍铭等.multisim 8 仿真与应用实例开发.清华大学出课程设计 温度检测与控制电路16版社6，高文焕等.电子技术试验.清华大学出版社.7，最新常用集成块速查手册.机械工业出版社.8，程德福等.传感器原理与应用.机械工业出版社.9，冯复科.复变函数与积分变换.科学
18、出版社.八，鸣谢感谢学院给予我们这次课程设计的安排，让我们在这次设计中很大程度的提升了自己的学习与合作的能力，为我们以后的工作打下了良好与坚实的基础。感谢老师不辞辛苦的指导，在我们技术遇到难以突破的障碍是，老师总是给予我们最大程度的支持，在关键的地方引导我们，启发我们，让我们能在最短的时间里认识到自己设计的不足并进行修改，快速精准的达到设计的总要求。感谢同学们的支持以及帮助，我们再私下的讨论中，不同的同学总是给了我们不同的启发，让我们有了更广泛的思维，让我们在设计电路的思路上有了多种方法，并最终找到最准确有效地电路设计思路。在这次设计中，我们同事也参考了大量的书籍以及文献，真心的感谢书籍的作者
19、与参与编写书籍的老师，是你们精华的只是汇总给了我们知识上的最大启示。九，原器件明细表序号 名 称 型号参数 数量 备注1 LM35 1 高精度设施温度传感器2 UA741CD 1 集成运放3 LM555CM 5 555定时器4 电阻 10K 25 电阻 40 K 16 滑动变阻器 10K 27 电容 10nF 48 电容 1uF 29 74ALS04BM 1 非门10 74LS32D 1 或门11 电阻 200 212 LED 1 红13 LED 1 绿14 继电器 215 蜂鸣器 200Hz 116 加热装置 117 散热装置 118 4511BD 5V 419 RPACK 7 180 32
20、0 RPACK 8 180 121 码显示管 7段 3 共阴极数码管22 数码显示管 8段 1 共阴极数码显示管课程设计 温度检测与控制电路1723 AD5740 1 A/D转换器24 74LS283D 6 25 74LS00D 与非门 626 74LS10 3端与非门 327 74AS04 非门 328293031323334十，收获与体会本次课程设计，教会了我很多东西。首先，通过这次设计，我更深层次的了解了团队合作这一名词的意义。此次课程设计，我们小组进行了明确分工，在了解自己的工作同时，进行密切的合作，在不懂得地方互相帮助，在难点问题处共同探讨，可以说，本次课程设计的成功，很大一部分归功
21、于精良的团队合作。再者，课程设计培养了我独立解决新问题的能力。课程设计来源自书本，却在一定的程度上高于书本，在面对新的知识时，我通过查阅大量的资料来解决问题。这在一定的程度上提高了我自主解决问题的能力，面对再难的问题也不选择放弃，通过虚心求教最终达到解决问题的目的。这次课设，我们运用了一些创新的元素，比如电路的控制部分，我们在其中加入了时间延迟的部分，这样可以是在对电阻加热与降温的部分由更好的实际效果，杜绝了反复加热与降温的事情发生，再者，在数码显示编码的部分，我们也想到了两种方法，并在最后选择了更加快捷和实用的方式。这在很大的程度上都扩展了我们的思维，提升了我们的创新能力与多方位思考的能力。
22、最后，我认为这次课设对我本人是一次很大锻炼与提升，因为以前的学习方式都是老师教授，只需要和老师走课程设计 温度检测与控制电路18就可以，但这次课设，却全是独立自主，自食其力。从电路设计到仿真模拟，无疑不是靠自己解决。这很大程度提升了我独立自主的能力，让我能够独立的思考与解决问题，让我不再会对新问题而手足无措，不知如何处理。同时，这次课设我们大量运用到了 Multisim 10.0 软件，这让我学习到了一项十分实用的软件工具，为以后更多的设计与仿真模拟打下了良好的基础。总的来说，这次课程设计让我理解了很多东西，明白了很多道理，这对我个人的能力以及团队协作的能力有了很大的提升，让我能够更加有信心的面对以后的挑战，更加有自信去解决更多实际的问题。课程设计 温度检测与控制电路19评 语 评阅人：日期：课程设计 温度检测与控制电路1
