温度测量及显示课程设计

测控电路课程设计报 告题 目 温度监测报警及破门报警电路设计 指导教师 刘国忠、吴思进 系 别 仪器科学与光电工程 专 业 测控技术与仪器 学生姓名 杨梦雨 班级/学号 测控 1201/2012010394 成 绩 一、设计任务与要求 -61.1 设计内容： -61.2 基本要求 -71.3 我们组的任务： -7二、温度报警电路设计 -7（一）设计目的 -7（二）设计方案 -7（三）设计技术指标 -8（四）芯片选择 -8（五）系统设计 -95.1 温度电压转换电路设计 -95.2 差动运算电路设计 -115.3 比较电路 -12（六）实验调试 -12（七） 实验结果 -13（八）实验调试中所遇到的问题 -13三 防盗报警电路设计 -14（一）设计目的 -14（二）设计思想 -14（三）主要元器件选择 -15（四）系统方案 -154.1 触碰开关报警电路框图设计 -154.2 定时电路 -154.3 多谐振荡电路（频率模块） -18（五）实验调试 -20（六）实验结果 -20（七）遇到问题及解决方法 -21个人总结 -22附录一 AD590 -22附录二 NE555 -23附录三 LM324-25附录四 LM393-25附录五 触碰开关防盗报警总图 -27附录六 温度测量显示报警总图 -28附录七 参考文献 -29一、设计任务与要求1.1 设计内容：室内环境参数测量及安防报警电路设计1.2 基本要求 1、用电路实现，不用软件；2、用数字表头实现测量值的显示；3、能够设置环境参数测量值报警上下限，并实现声、光报警；4、从 1 和 2 中各选一项完成； 1.3 我们组的任务：1、温度报警电路设计；2、防盗报警电路设计。二、温度报警电路设计（一）设计目的通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。1、掌握传感器选择的一般设计方法；2、掌握模拟 IC 器件的应用；3、掌握测量电路的设计方法；4、培养综合应用所学知识来指导实践的能力。（二）设计方案 电路工作过程：AD590 是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。Ad590 输出电流经 10K 电阻接地，可输出电压，采用稳压 5V 的稳压二极管，变位器，输出电压 2.73V（ad590 在 0下对应电压），两个输出电压经由 LM393 构成的差分运算电路，计算参数，可得到输出电压 .送到预先调试好的相关温度控制比较电路进10/Tv行比较，当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮。当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮。当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。（三）设计技术指标具体技术指标如下:1、设计、组装、调试测控电路；2、温度控制范围：4060；3、使用环境温度：常温 ；4、输出信号：二值输出控制 LED 灯亮，蜂鸣器响；5、温度范围控制，报警指示功能；6、非线性误差：1；（四）芯片选择我们采用温度传感器 AD590AD590 是利用 PN 结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在 515V 之间变化，Ad590 温度传感器 I/V 转换电路 差分放大电路稳压电路0下对应电压同相比较反相比较报警报警其电流只是在 1A 以下作微小变化.1、 流 过 器 件 的 电 流 ( A) 等 于 器 件 所 处 环 境 的 热 力 学 温 度 (开 尔 文 ) 度 数 。2、 可测量范围-55至 150.3、 供电电压范围+4V 至+30V.AD590 集成温度传感器进行温度电流转换。它是一种电流型二端器件，其内部已作修正，具有良好的互换性和线性。有消除电源波动的特性。输出阻抗达 10M，转换当量为 。器件采用 B1 型金属壳封装。KA/1温度电压变换电路如图 2.2.2 所示。由图可得：由 （ R一般取 10K）61/10/OUuAKR所以 。10/mV图 2.1.1 AD590 原件符号图 2.1.2 温度电压转换电路（五）系统设计5.1 温度电压转换电路设计测温电路的设计在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于 AD590 为电流输出元件，它的温度每升高 1K，电流就增加 1A。当 AD590 的电流通过一个 10k 的电阻时，这个电阻上的压降为 10mV，即转换成 10mVK ，为了使此电阻精确（01），可用一个 10k 电阻。图 2.1.3 所示是一个电流电压和绝对摄氏温标的转换电路。而图 2.1.4 运放 LM324的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给图 2.1.4 运放的同相输入端输入一个恒定的电压（如 1235V），然后将此电压放大到 273V 。这样，两运放输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。将 AD590 放入 0的冰水混合溶液中，图 2.1.3 运放同相输入端的电压应为273V，同样使图 2.1.4 运放的输出电压也为 273V ，因此两运放两输出端之间的电压：2732730V 即对应于 0v5.1.1 温度电压转换电路元件库里找不到 ad590，所以用一个恒流源与电阻串联来实现模拟 ad5905.1.2 稳压电路5.2 差动运算电路设计图 2.2.1 差动运算电路根据 AD590 特性可知，流过器件的电流和温度的关系比为： 1/TI实验中输出电流以绝对零度（-273）为基准，所以=（273+T ）*RaV在图 2.1.4 中，变位器 与稳压二极管 构成分压电路，调节电压使23R3D=2.73VbLM324、 、 、 、 构成运放差动输入减法运算电路。所以输出电压为19252=（273+T）*RaVR=10K=2.73VbV OV10/)/()/1( 215192215 TVRRV baO T-被测摄氏温度表示值所以可以根据电压表的读数，直接得出被测温度值 OT0由于 AD590 的增益有误差，电阻也有误差，所以应对电路进行调整，使其在室温下 27输出电压值为 3V。注意：每次改变被测温度值，我们都要重新调节稳压电路，是器输出电压为 2.73V，这样就可以使电路达到校准调零的状态，以便准确测量。5.3 比较电路oV图 3.1.1 反相比较器当温度高于控制温度上限值时，发光二极管亮，蜂鸣器响。如图为反向比较器，运放同相输入端电压由 当 的值小于同相输入端下限门限电压时，1Ro运放输出为正，灯亮，蜂鸣器响。当 的值介于上限电压与下限电压之间时，LM393 上下oV均输出为无效的负电压，灯均不亮。电路开始温度保持在 40-60 摄氏度之间。o图 3.1.2 同相比较器当温度低于控制温度下限值时，发光二极管亮，蜂鸣器响。如图为同向比较电路，所设定门限检测电平由 进行调解，输入电压 通过电阻12RoV接到运放的同相输入端，当 大于上限门限电平时，运放输出端电压为正，发光二极2RoV管亮，蜂鸣器响。（六）实验调试由于条件限制，无法实现温度的高低调节，所以我们在室温下，通过调节比较器的上下限电压，来实现超限报警。室温下测得电压为 2.7V，即室温为 27.调节上限调节下限（7 ） 实验结果在室温下温度传感器输出电压 3V，超出温度上限，蜂鸣器报警，红灯亮；超出温度下限，蜂鸣器报警，绿灯亮。超出温度下限 超出温度温度上限（八）实验调试中所遇到的问题问题一、差动运算电路输出电压不正确一开始电路电路连接好之后，发现经过差动运算电路输出后的电压为 0V 左右，或者输出电压与室温下对应的电压相差 0.3-0.4V 左右。即与室温总是相差 3-4左右。后经多次检查电路。发现在一开始对 AD590 的理解错误，所以导致电路连接错误，输出电压应该是在 2 脚引出，一开始我是在 3 脚引出。这是导致电压输出错误的一个原因。将与二脚连接的 10K 变位器与 5K 电阻，直接换成了 10K 电阻。做过这几次更改后，温度传感器输出电压正确。将稳压电路调节输出电压 2.73V。经过差动运算电路后，输出电压为 2.68V，与当时的室温相对应。问题二：未经运算电路，输出电压正确，经过运算电路后，电压输出差异较大。当未经过放大电路时，显示温度的值与实际温度的值可以达到一致，但当经过了运算放大器后，温度测量已经不准确了，但在实际操作中，我们可以使温度在一定范围内进行改变，并且与实际值接近。问题三、室温对应电压输出正确后。连接比较器电路。电路联通后，超出上限后，报警电路中发光二极管灯亮，但是，蜂鸣器不会发出声响。测蜂鸣器两端电压为 2.6V 左右，电压不够，电流不大，不足以使蜂鸣器响。解决方法一：一开始供电电压是 5V，出现这个状况后，我们将供电电压提到 12V 蜂鸣器可以响了，但是无论是不是超出上限