传感器实训报告

传感器应用实训报告实训项目：数显温度计的设计与制作班级：电子信息0912班学号：实训时间：18-19周 姓名：一、 实训目的1、 了解芯片IC7107和芯片OP07的参数、功能；2、 熟悉A/D转换器的主要技术指标；3、 更好的把模拟电路、数字电路、传感器的技术及应用这三门已学过的课结合运用起来。二、 实训作品要达到的技术指标1、 测温范围0-150度；2、 采用4位数码管显示，能够稳定显示环境温度的值；3、 显示精度为0.1度，测量误差不超过±1%。4、 焊接工艺良好；三、 设计方案1、A/D转换器原理图如下所示：g再由當留自田吕日同E吕日吕同吕吕豈口豈口WI

1、A/D转换器原理图如下所示：g再由當留自田吕日同E吕日吕同吕吕豈口豈口WIA/D转换器分为三个类型：速度快，但价格高精度高速度慢，但抗干扰能力强a:关联比较型 10ns〜速度快，但价格高精度高速度慢，但抗干扰能力强b:逐次逼近型 几us~100usc:双积分型 几百us〜几ms芯片ICL7107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，即该芯片属于双积分型A/D转换器。它集成了A/D转换器的模拟部分电路和数字部分电路,它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100uV,转换精度为0.05，抗干扰能力强，转换速度慢转换时间为几百us-几ms，能直接驱动共阳极数码管，设有一专门的小数点驱动信号，因为此次制作要求显示分辨率为0.1度，所以要驱动一个小数点，测量误差不超过±1%使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+。2、电源电路：输入电压要稳定，不然即使Ei=0，pt100也会变化，所以要采用稳压电路。 原理图如下所示：其中PT100用插座代替，R3要通过运算的出：连接好电源线，用万用表测出第二个OP07的第六号脚的电压为1.9233V,已知RP2的阻值为56k,电压为1.6v，贝VR3=U/I=(1.9v-1.6v)*56K/1.6v=10.5K，所以R3的值为10k。I~R1•百pt100R3R2I~R1•百pt100R3R2由于热电阻的阻值随温度的变化而变化比较大，方案一比较难测，方案二具有较高的精确度和灵敏度，还能预调平衡，因此选用方案二比较适合。为减小电阻带来的误差，采用电位器，使电桥平衡，所以原理图中的RP1就是用来调零(当温度输入为0°C时，数码管显示输出为0)用的.四、具体功能电路的设计1、信号放大电路:1、信号放大电路:当测量温度为100C时，要求数码管显示为100.0,则芯片输入电压要求为1V,而此时桥路输出电压uo=(△R/R)Ui/4=(38.5/138.5)*2.5/4=0.37173646vH1v.于是要把0.37173646v转换成1v,所以要用到放大电路，由于桥路输出电压是差值，所以选用差分放大电路放大.当把放大倍数取*4.08时，可以发现vin+电压与预期的有偏大的也有偏小的，这是因为pt100是非线性的，于是要引入非线性校正电路——正反馈电路。为减小电阻带来的误差导致放大倍数不精确，采用变位器调满度(当满量程为150C时，调节数码管显示为150.0)，其中原理图中的RP2就是调满度用的。2、电源电路LM236/LM336集成电路是精密的2.5V并联稳压器，其工作相当于一个低温度系数的、动态电阻为0.2欧的2.5V齐纳二极管，其中的微调端可以使基准电压和温度系数得到微调。它的典型性能参数有:A、低温度系数：6Mv/9Mv/18mV；B、工作电流范围宽：300uA——10mA；C、动态电阻：0.2欧;D、最大正向电流：10mA；E、最大反向电流：15mA。

LM3MLM336I中的10k电位器用来调节击穿上图（a）是LM336LM3MLM336I中的10k电位器用来调节击穿上图（b）所示,：：10k电位器的上、下端各串联一个硅二极管时，可以改变温度系数。当电压调到2.940V时，温度系数最小。''卜:+5VDISPLAY3、芯片ICL7107外形如下所示：+5VDISPLAYICL7107m<cl+ m<cl> QO £0DISPLAY也也凹凹u曰也目目白固目囿目白囹囹也芯片的引脚作用DISPLAY1)V1)V+和V-分别为电源的正极和负极,2） 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。3）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/RC

38管脚：35.58Hz39管脚：38管脚：35.58Hz39管脚：34.84Hz40管脚：29.0157HzCOM: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欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。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0.47mF,而2V满刻度是0.047》F。BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。其输出级的无功电流(idlingcurrent)是100》A，而缓冲器与积分器能够供给20》A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47K，而2V满刻度则使用470K。五、电路制作与调试1、 焊接放大信号板，做好连接电缆，注意连接点的对应关系。2、 检查无误后，方可通电。3、 调零：用电阻箱提供100欧电阻，接入Pt100插座，调整RP1使表头显示为0。4、 调满量程150°c,R9短接，电阻箱调到150°c对应的阻值，调RP2,使表头显示150.0。5、 根据所调电阻箱的阻值，测出相应的桥路输出电压，运算一级放大电压，二级放大电压，显示板电压，读出数码显示管的值。6、 根据PT100分度表调节电阻箱，使电阻箱的值显示为分度表相应温度的值，对比数码管显示的温度与实际温度。7、 接PT100，测试沸水温度与冰水混合物温度。电源电路：制作步骤：准备元件(一个LM336稳压管、1K电阻、直流稳压电源)——按照电路图摆放焊接元件。调试：1、把+5v和接地连接到直流稳压电源；2、用万用表测试LM336输出电压是否稳定输出2.5v；（二） 信号的检测与放大电路：制作步骤：准备元件——按照电路图摆放焊接元件——按照电路图与电源电路连接好。调试：1、检查电路连接是否正确，2、 AGND,SGND连接，空置OP07，连接直流稳压电源，检查OP07的7号脚是否为+5v,4号脚是否为-5v3、 PT100处用电阻箱代替，放置芯片。4、 电阻箱设为满量程150°C对应的158.21欧姆，测第二个OP07的第六号管脚的电压值，求R3的值。（三） 7107显示电路：制作步骤：准备元件——按照电路图摆放焊接元件——按照电路图与电源电路、信号的检测与放大电路连接好——制作万能板。调试：1、检查电路连接是否正确；2、 空置ICL7107芯片，通电测量芯片第一脚是否为+5v,第26脚是否为-5v；33、 调节变位器，是ICL7107的第36脚我饿+1.0000v；4、 断电后，放入ICL7107，在通电；5、 vin+与vin-短接，数码管显示为三个0；6、 vin+接到ICL7107芯片的第36脚，数码管稳定显示为1000左右；7、 利用万能板，测数据（1、连接线路，2,调节万能板上的电压是vin+为要测量的电压值，3、读取数码管显示的值）；8、 读数据、记录数据；9、分析数据； 万能板如下图所示：10、系统联调：i.检查电路连接是否正确；ii.接好接线；调节电阻箱为100欧姆，调节RP1,使数码管显示为0；调节电阻箱为158.2，调节变位器RP2使数码管显示为150.0；调节电阻箱为111.7，看数码管是否显示为30.0；调节电阻箱为138.5，看数码管是否显示为100.0；六、作品测试1、在基准电压（ICL7107芯片的36管脚电压）为1v的情况下，ICL7107芯片的输入电压与数码管显示关系如下表所示：电压V00.250.50.7511.251.51.7522.252.5标准02505007501000125015001750100012502500Ref1.051238473715937118914271664190620002000Ref112485007481000125015001748199820002000Ref0.9502635257871051131315751840200020002000分析：根据数据画出折线图如下所示，该数显温度计具有较好的线性度，误差较小，当输入电压不变时，数码管显示的值与输入电压成正比，当输入电压大于两倍的vref+时，数码管显示1***，该数显温度计有较好的线性度。还可以得出它们的关系为（其中y为数码管显示的值）：Vi/T=Vref/T2Vi=T*Vref/T2Y=1000*vin/vref（vin<=2vref）；2、输出电压70°CUABUCUDUE69.7°C4.809V0.16353V0.91985V0.68520V全部调试后，接好PT100，测量冰水混合物，测量室温，测量看数码管显示的温度值是否与温度计显示的是否一致。作品测试数据如下：水银温度计显示0C13C100C150C数显温度计显示-0.212.9100.2150.1分析：通过上图可以看出，水银温度计显示值与数显温度计显示值成比例，显示分辨率很高，符合作品要求，作品制作成功。七、实训总结1、 开始焊接制作时，色环电阻较多，在读取电阻时应保证准确无误，焊接时应遵循从矮到高，焊锡不要太多避免与其他管脚相连，OP07的方向和接插件的方向也应该注意，否则会影响其他元件的摆放。2、 在通电调试前，应该先卸下芯片测试电路是否正确，以免芯片烧坏。在调试的过程中，容易出现数码管显示不稳定，芯片的第36号脚电压（基准电压）不稳定、不好调节，分析原因有以下两点：1、电路板上的电容管脚太长，数码管显示不稳定，会跳动。2、接线有问题，板子上有电源地和信号地两种，在调节时，万用表的黑表笔应该搭在电源地，因为导线是有电阻的，在记录数据时，要耐心等待数据稳定显示再做记录。在实训的过程中，我遇到了数显温度计在测试时数值显示不稳定，导致无法记录相应的准确数值，经过分析，我总结了一个找数显温度计存在的问题的一般步骤：1、查看元件摆放是否正确。2、查看电路是否导通。3、看小板是否能正常工作，能否调零。如果能，则问题出在大板。4