具有超温报警功能的温控器的研制.doc

具有超温报警功能温控器的研制完 成 者：指导教师：完成时间：摘 要温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一个人们在科学实验和生产活动中经常需要加以监测或控制的重要物理量。温度控制技术是一种比较重要的工业技术，不仅在化工、医疗、航空、航天等高科技领域，还应用在人们的日常生活中。该课题设计是一个具有多项功能的温度监控电路，它可以监测温度并用数码显示。当温度超过一定值时，自动启动降温排风扇降温，如果温度继续升高到某一值时，它会发出报警声以提醒使用者采取进一步措施。此设计由温度电压变换器、电压频率变换器、频率计以及电风扇控制器和报警控制电路组成。本设计最关键的部分是温度电压变换器和电压频率变换器。温度电压变换器能将温度的变化转化为输出电压的变化。当温度升高时，输出电压随之升高，而且呈良好的线性关系。而电压频率变换器可将输入的直流电压，转化为与之相应的脉冲频率，而且也具有良好的线性和精度。通过测量该脉冲频率，即可测出当时的温度。因此该仪器实际上是一台特殊用途的频率计，用测量频率的方法来测量温度。关键字：温度，温度监控器，超温报警，频率变换器AbstractTemperature is an and peoples living environment have near concern of physics quantity is also the important physics quantity that a persons usually needs to take in to monitor or controls in science the experiment with the production.The temperature control technique is a kind of more important industrial technique, not only at chemical engineering,medical treatment ,aviation ,aerospace etc. high-tech realm, also applied in peoples daily life.The topics design is a temperature supervision electric circuit that has several functions, it can monitor temperature to counteract a figures manifestation.When the temperature exceeds a certain value, the automatic start reduces the heat the row fan to reduce the heat, if the temperature continues to go up to some one value, it will send out to report to the police a voice to adopt by reminding an user further measure.This design is account by the temperature-electric voltage transformation machine,electric voltage-frequency transformation machine,frequency and the electric fan controller with report to the police the control electric circuit to constitute.This design the most decisive part is the temperature-electric voltage transformation machine and electric voltage-frequency transformation machine.The temperature-electric voltage transformation machine ability converts the variety of the temperature as variety of output the electric voltage.When the temperature go up, output electric voltage to go up immediately, and present good line sexual behavior.And electric voltage-frequency transformation machine can the direct current electric voltage of the importation, convert in to correspond with it of pulse frequency, and also have good line and the accuracy.Pass to measure that pulse frequency, can immediately test to find out the then temperature.So that instrument actually is one set the frequency of the special use account, measuring temperature with the method of measure the frequency.Key word: Temperature, the temperature monitor, super report to the police, frequency transformation machine目 录摘要-1Abstract-2第一章 概述-711 引言-712 国外和国内温度控制器的发展情况-71.3本次设计的选题-111.4系统的总体概述-11第二章 系统结构原理与设计-132. 1 超温报警温控器总体方案设计-132. 2 超温报警功能温控器的设计原理-142.3 系统组成部分的设计-16第三章 温度传感器的选配 及V/F变换器的设计-173.1 温度传感器的选配-173.1.1温度传感器的工作原理-173.1.2温度传感器的选配-173.2 V/F变换器的设计-183.2.1V/F变换器简介-183.2.2V/F变换器设计-193.3V/F变换器的硬件实现-22第四章报警控制、电风扇控制和电源电路的设计-2341 555构成的多谐振荡器-234.1.1 555的工作原理-234.1.2 多谐振荡器工作原理-2342 电风扇控制电路的设计-254.2.1 参考一红外遥控风扇-254.2.2 电风扇控制电路的实现-294.3 报警控制电路的设计-294.3.1温度传感器的使用-304.3.2报警控制电路的工作原理-324.3.3报警控制电路的硬件原理图实现-334.4 电源的设计-344.4.1直流稳压电源的工作原理-344.4.2元器件的选择-344.4.3参数计算-344.4.4直流稳压电源电路图硬件实现-36第五章数显电路电路的设计和系统开发环境-3751 计数显示电路的组成-375.2显示电路的工作原理-385.3系统开发环境Protel 99 -405.3.1 Protel发展历史-405.3.2 Protel99组成-415.3.3 Protel99主要特色-425.3.4 Protel存在的问题-445.3.5 protel元件封装总结-45第六章 总结和致谢-516.1毕业设计的总结-516.2 致 谢-51参考文献-52第一章 概 述11 引言 温度是一个和人们生活环境有密切关系的物理量，也是一个人们在科学实验和生产生活中经常需要加以监测和控制的重要物理量。温度控制技术是一种比较重要的工业技术，不仅应用在化工、医疗、航空、航天等高科技领域，还应用在人们的日常生活中。在现代化电器装置中，许多设备也装有电风扇用于散热，但是在设备长期的运行中，若电风扇损坏的话，对设备的运行有潜在的威胁。为了保障设备的可靠运行，需要人们专门设计一个具有超温报警功能温控器，当设备的温度超过某一限制时发出报警声。12 国外和国内温度控制器的发展情况在讲到温度控制器的发展情况时，我想介绍几种常用的温度控制器。1、CKW-1100-Z型号：CKW-1100-Z输入：热电偶（Thermocouple）：K、S、Wr、E、J、T、B、N 热电阻（R.T.D.）：Pt100、Cu50 三线制 标准信号：电压（mV，V）或电流（mA）。 触发方式：定周期过零调功型工作电流（每相）：10A、20A电源电压/频率：AC220V / 50Hz输出功率：2KW、4KW过流短路保护：保险丝环境温度：0-50环境湿度：35-85%RH材料（颜色）：钢（浅灰）结构：微型台式机箱型号：XMT-320BXMT-420B控制方式：专家PID自整定，比值控制专家PID自整定，可进行30段曲线编程报警动作：0：无报警1：上限（或下限）报警2：上限+下限报警3：正偏差（或负偏差报警）4：正偏差+负偏差报警5：上限+下限+正负偏差报警继电器触点容量：220 VAC/3A 或 24VDC/4A 主输出：SSR 驱动电压输入：热电偶（Thermocouple）、热电阻（R.T.D.）、标准信号测量精度：0.2级（0.2%FS +1digit）2、CKW-2100-P型号：CKW-2100-PCKW-2100-C输入：热电偶（Thermocouple）：K、S、Wr、E、J、T、B、N 热电阻（R.T.D.）：Pt100、Cu50 三线制 标准信号：电压（mV，V）或电流（mA）。 相数：单相触发方式：调压型变周期过零调功型工作电流（每相）：20A、30A电源电压/频率：AC220V / 50Hz输出功率：4KW、6KW过流短路保护：保险丝环境温度：0-50环境湿度：35-85%RH材料（颜色）：钢、铝（面板：银白色，箱体：深灰色）结构：小型竖式机箱其它：配备电流显示表及输出功率限幅旋钮（温度调节仪标准规格）型号：XMT-320B（标准配置）XMT-420B（可选配置）控制方式：专家PID自整定，比值控制专家PID自整定，可进行30段曲线编程报警动作：0：无报警1：上限（或下限）报警2：上限+下限报警3：正偏差（或负偏差报警）4：正偏差+负偏差报警5：上限+下限+正负偏差报警继电器触点容量：220 VAC/3A 或 24VDC/4A 主输出：DC 4-20mA输入：热电偶（Thermocouple）、热电阻（R.T.D.）、标准信号测量精度：0.2级（0.2%FS +1digit）3、CKW-2200-P型号：CKW-2200-PCKW-2200-C输入：热电偶（Thermocouple）：K、S、Wr、E、J、T、B、N 热电阻（R.T.D.）：Pt100、Cu50 三线制 标准信号：电压（mV，V）或电流（mA）。 相数：单相触发方式：调压型变周期过零调功型工作电流（每相）：20A、30A电源电压/频率：AC220V / 50Hz输出功率：4KW、6KW过流短路保护：保险丝环境温度：0-50环境湿度：35-85%RH材料（颜色）：钢、铝（面板：银白色，箱体：深灰色）结构：小型横式机箱其它：配备电流显示表及输出功率限幅旋钮（温度调节仪标准规格）型号：XMT-320B（标准配置）XMT-420B（可选配置）控制方式：专家PID自整定，比值控制专家PID自整定，可进行30段曲线编程报警动作：0：无报警1：上限（或下限）报警2：上限+下限报警3：正偏差（或负偏差报警）4：正偏差+负偏差报警5：上限+下限+正负偏差报警继电器触点容量：220 VAC/3A 或 24VDC/4A 主输出：DC 4-20mA输入：热电偶（Thermocouple）、热电阻（R.T.D.）、标准信号测量精度：0.2级（0.2%FS +1digit）4、CKW-3100-P型号：CKW-3100-PCKW-3100-C输入：热电偶（Thermocouple）：K、S、Wr、E、J、T、B、N 热电阻（R.T.D.）：Pt100、Cu50 三线制 标准信号：电压（mV，V）或电流（mA）。 相数：单相触发方式：调压型变周期过零调功型工作电流（每相）：30A、40A、50A电源电压/频率：AC220V / 50Hz输出功率：6KW、8KW、10KW过流短路保护：保险丝环境温度：0-50环境湿度：35-85%RH材料（颜色）：钢（面板：乳白色，箱体：浅灰色）结构：标准台式机相其它：配备电流电压显示表、自动手动切换开关、手动控制及输出功率限幅旋钮（温度调节仪标准规格）型号：XMT-320B（标准配置）XMT-420B（可选配置）控制方式：专家PID自整定，比值控制专家PID自整定，可进行30段曲线编程报警动作：0：无报警1：上限（或下限）报警2：上限+下限报警3：正偏差（或负偏差报警）4：正偏差+负偏差报警5：上限+下限+正负偏差报警继电器触点容量：220 VAC/3A 或 24VDC/4A 主输出：DC 4-20mA输入：热电偶（Thermocouple）、热电阻（R.T.D.）、标准信号测量精度：0.2级（0.2%FS +1digit）1.3本次设计的选题该课题设计是一个具有多项功能的温度监控电路，它可以监测温度并用数码显示。当温度超过一定值时，自动启动降温排风扇降温，如果温度继续升高到某一值时，它会发出报警声以提醒使用者采取进一步措施。此设计由温度电压变换器、电压频率变换器、频率计以及电风扇控制器和报警控制电路组成。1.4系统的总体概述鉴于以上对于温度控制器的认识和了解，选定了本次毕业设计的题目。自确定题目以来，我就不断地查阅相关的资料和文献，逐步的设计出了总体的结构框图和实现。下图所示是我的初步设计的系统结构图。数码显示频率计数电压频率 变换温度电压 变换风扇启动报警控制秒信号控制这个结构框图也是我下面逐步展开阐述的总体框图，因为对系统性能的分析，决定该框图完全符合设计要求。另外本次设计主要使用的Protel 99SE开发软件，进行的硬件设计。本次设计主要是最终实现PCB原理图的绘制和相关的模拟功能的测试，分析。第二章 系统结构原理与设计2. 1 超温报警温控器总体方案设计数码显示频率计数电压频率 变换温度电压 变换风扇启动报警控制秒信号控制图2-1超温报警温控器的系统结构框图 这是一个具有多项功能的温度监控电路，它可以监测温度并用数码显示。当温度超过40时，自动启动降温排风扇，如果温度继续升高，当达到80时，它会发出报警声以提醒使用者采取进一步措施。因此它是一中功能完善的温度监控装置，可以用作电脑和电子仪器中的温度监控。如图2-1所示，此电路是由以下五部分组成的。温度电压变换器电压频率转换器频率计电风扇控制器报警控制电路本电路最关键的部分是温度电压变换器和电压频率变换器。该温度电压变换器能将温度的变化转化为输出电压的变化。当温度升高时，输出电压也随之升高，而且呈良好的线性关系。而电压频率变化器可将输入的直流电压，转化为与之相对应的脉冲电压的频率，而且也具有良好的线性和精度。通过测量该脉冲电压的频率，即可测出当时的温度。因此该仪器实际上是一台具有特殊用途的频率计，用测量频率的方法来测量温度。2. 2 超温报警功能温控器的设计原理 集成温度传感器BT将0100的温度量按10mV度，线性地转换为01V的电压量。01V的电压量又经IC1的压频转换成0100Hz的频率量送给后续的2位十进制计数电路IC4。IC4的计数操作受它的R和EN两个控制端子的控制，而这两个端子又受IC3B的Q和的控制。Q和这两个端子在2秒的周期内交替输出各1秒的高电平，这使得计数器也是以2秒为一个循环工作的，其中=EN=1，在完整的1秒内进行计数并同时显示不断更新的数据，这个1秒结束，=EN=0，计数结束，跳变的数据停止跳变，保留为1秒终了时的最终值。而随着Q变为低电平，端立即跳变为高电平，但是，由于R8C9和D构成的“单向延时积分环节”（取=R8C908秒）的存在，R端仍要保持约0.5秒的低电平时段才能升为高电平。在这个时段内，IC4输出的8421码仍保留刚才那个1秒终了时的值，因而数码管仍为原数据。这个0.5秒延时时段就用于读取数据，读完数据，R升为高电平，计数器IC4被清零。等这个1秒结束时，Q端重新跳变为低电平，由于二极管D1对C9电荷的泄放作用，导致R端电平迅速跟随Q端的跌落而变为低电平，使得下一个计数周期的1秒时段长度不受影响。这一过程的时序表达见图3，这是整个电路的关键环节，它以最简洁的方式实现了一般频率计上必备的计数闸门控制、封锁双稳、显示单稳、复原单稳和辅助单稳的功能。由以上分析可见，这里的1秒脉冲的宽度是测量和控制精度的根本保证。因此，我们采用钟表内的32768Hz的晶振，经过IC2的14级2分频，然后再经过IC3的2级2分频，总计216分频，获得频率为0.5Hz、周期为2秒的矩形波。这样，电路的测控精度将能得到充分保证。当然，因电路进行了数字化处理，对应的“量化误差”还是存在的。温控器电路的另一个重要环节是两个温度控制点的取出。由于计数电路IC4输出的8421码每2秒刷新一次，这给我们带来了很大方便。对于40阈值点，在099的计数范围内，只要取出IC4B的Q2位开始跳变为高电平的时刻即可，此时的十位上的8421码是“0100”，对应的十进制数是“4”。由图2可见，实际电路是用IC7A来检测此跳变，并把它反相为负跳变后，送给后续的可重复单稳态触发器IC8。IC8接到这一跳变后 ， 3脚将能输出一个宽度略大于 2 秒的高电平 ， 接近12V的直流电压被加给风扇M1，驱动风扇运转降温。这里必须注意，利用三极管T等元件把IC8接成为“输出脉宽大于2秒的可重复式单稳态”是大有用意的。由于IC4的输出每秒刷新一次，若下一个2秒到来时温度仍超过40，该单稳态电路仍能被触发，保持风扇的运转，直到某个时候，温度确实低于40了，风扇才会停转。至于危险温度点80的取出原理，与40的相同，不再赘述。但取出80跳变后的高电平信号被用作闸门控制信号加到IC7B的一个端子(5脚)，控制其另一个端子(6脚)上所接收到的1kHz信号能否通过IC7B到达BZ。由图2可见，IC7B的3脚与是与IC2的Q5端子相接，得到的将是32768/25=10241kHz的音频信号。这样一来，一旦温度超过80，1kHz音频信号到达蜂鸣器BZ，使其发出被2Hz低频所调制的高频（1kHz）振荡声，表明监控对象已处于高温危险状态。2.3 系统组成部分的设计根据系统结构的设计，本系统主要由五部分组成：温度电压变换器电压频率转换器频率计电风扇控制器报警控制电路那么下面的篇幅将分别介绍各个组成部分的详细设计原理和实现。第三章 温度传感器的选配 及V/F变换器的设计3.1 温度传感器的选配3.1.1温度传感器的工作原理温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查，1990年，温度传感器的市场份额大大超过了其它的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。50年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。 温度传感器能将温度信号转换为电信号。3.1.2温度传感器的选配在此设计中,我们选用温度传感器LM35D。LM35D是由美国国家半导体公司开发的高精度集成电路温度传感器，价格低廉，已得到广泛应用。其主要原理是：当温度在50150变化时，它能以10mV/的线性变化率输出与摄氏温度成正比的电压量，实现温度到电压的转换。按图2的单电源接法，它可以实现0150的测温，对应的输出电压是01.5V，实际能被后级电路使用的输出电压范围约为0.20.99V。该集成电路的检测精度可达0.4，而且不需要对它自身作任何校准。它的电源适应性强，能在430V范围内工作，所需的电流仅仅60，这使得它因电流热效应而产生的自身温升可以忽略不计。它的输出电阻一般低达01，有很好的带负载能力。LM35D常见的封装形式为TO92塑料封装，与三极管9013类似（如图3-1所示）。引脚向下，从字符面看自左至右各引脚依次为正电源端、输出端和接地端（测零下温度时，接地端要加上负电源），这种封装的LM35D可以很方便地装在发热体上，只要将它的字符所在的平面紧贴发热体上，用胶粘或弹簧钢片压紧即可。 1 2 31正电源端2输出端3接地端图3-1 LM35D的外形和管脚功能3.2 V/F变换器的设计3.2.1V/F变换器简介电压/频率(Voltage/Frequency)转换技术,简称V/F变换器,是A/D转换的另一种形式,其作法是通过 把电压信号转变为频率信号来实现A/D转换的。这种A/D转换器件具有良好的精度和积分输入特点，而且其应用电路简单，对周围元件性能要求不该，对环境适应能力强，转换速度不低于一般双积分型A/D器件，而且价格较低，因而在非快速且需要远距离传送的系统中得到广泛应用。3.2.2V/F变换器设计本设计选用ADVFC32作为V/F变换器，ADVFC32是AD公司出品的一种通用型集成电路V/F变换器，也可以作F/V变换器使用，其主要技术特性如下：（1）高线性度各档输出非线性误差分别为10kHz时，最高为0.01% ； 100kHz时，最高为0.05% ； 0.5MHz时，最高为0.02% 。（2）频率范围是0500kHz （3）输出与TTL/CMOS兼容 （4）V/F或F/V变换 （5）6个十进级动态范围 （6）电压或电流输入 （7）可靠的单片结构 （8）低成本ADVFC32V/F变换器，采用双列直插式结构，其内部结构及引脚，如图3-2所示。 图3-2 ADVFC32 V/F变换器结构及引脚图 由图3-2可以看出，ADVFC32V/F变换器的原理与前边讲的电荷平衡式V/F变换器的原理是一样的。由于电路中采用单独数字地的集电极开路式输出，因此，易于与标准DTL/TTL/CMOS逻辑电路接口。ADVFC32作为V/F变换器的原理接线图，如图3-3所示。图3-3 ADVFC32作为V/F变换器的原理接线图图3-3中所示电路的主要外接器件有输入电阻，积分电容C2，输出电阻R2及单稳触发器电容C1。在一个周期中，输入电流/流入求和节点，积分电容C2两端电压在单稳态触发器被触发的状态下，通过1mA电流源放电。由于充电电荷及反充电电荷最后相等，所以，两相乘积（电流时间）必然相等。由式（3.3.1）可知 由此可得，输出频率 (3.3.2)图3-3中各元件参数可由下列公式计算： （3.3.3）以保证输出级最大吸入电流不大于8mA。式中为满量程输入时所对应的频率。和C2均应具有很低的温度系数，因为输入数值的变化会导致V/F的转换功能发生变化。其它元件的数值和温度系数并不十分重要。输入电阻是由固定电阻R1和可变电阻R2组成的，这样，可以对初始增益误差进行补偿。为了覆盖所有可能出现的情况，R2应该为的20%，R1应该为的90%，以便允许有10%的增益补偿。如果需要更精确地调节放大器的零点，可增加R4和R5，R5阻值可选在10k至100k之间。但温度系数必须小于100ppm/，R4的误差和温度系数并不十分重要，只要标称值为10M就可以了。电源端的0.1电容为去耦滤波电容。3.3V/F变换器的硬件实现图3-3所示是原理接线图，而下图所示则是修改之后的硬件原理实现图至于原理图中的相关的封装形式和参数将在软硬件开发环境中，详细介绍。第四章报警控制、电风扇控制和电源电路的设计41 555构成的多谐振荡器4.1.1 555的工作原理下图4-1所示就是555定时器的内部门级电路原理图。图4-1555定时器的内部门级电路原理图555定时器是一种集成电路，因集成电路内部含有三个5千欧电阻而得名。4.1.2 多谐振荡器工作原理图4-2是用555定时器构成的多谐振荡器，下面简要分析电路的工作原理：1刚接通电源时，（原来未充电），所以脚和脚的电压均小于，此时输出，晶体管T截止。2电源经和对充电，逐渐升高，在到达之前（图4-2（b）中的期间），的状态不变，直到电容充电到（即脚和脚的电压）稍大于时，触发器翻转，输出从“1”变为“0”，同时晶体管导通。3通过和晶体管T放电，下降，待下降到时，（图4-2（b）中的期间），再次翻转为“1”，于是电容再次充电，如此不断反复，在端便得到一列如图4-2（b）所示的连续的矩形波。（a电路图）（b工作波形）图4-2 555构成的多谐振荡器矩形波的周期T由波形图可知： （5.1）其中是电容充电使从上升到所需的时间，是放电使从下降至所需的时间。因此，要改变振荡周期，就是要改变电容的充、放电时间，这只需要调节或或即可。42 电风扇控制电路的设计4.2.1 参考一红外遥控风扇格力是一种多功能红外遥控风扇，它以程控电路为核心，配用一对红外遥控编译码器，具有以下特点：强、中、弱三种风速控制；正常、自然、睡眠三种风类选择；睡眠风在小时内自动预置；小时四段累进定时；一组非独立电子摆头功能；正确输入蜂鸣器提示；晶振作时基；自动风速启动等。本文介绍其电路及工作原理，供使用及检修时参考。这些内容也适用于格力、等型电风扇。遥控器电路如图。是红外编码发射电路，采用脚封装，引脚功能如表。其工作电压，输出电流最小为（），静态电流仅（典型值），故无需电源开关。内有下拉电阻，输入高电平有效，其输入高电平，输入低电平。本电路使用个输入端，外接遥控键，分别控制关机（）、风类选择（）、定时（）、风速选择（）及摆头（）。产生时钟信号，经片内分频后产生（红外线频率）载波频率，经遥控键编码调制后由端送出，经放大后驱动红外发射管向外发射红外遥控信息。接收控制电路如图。是一体化红外接收头，外部只有根引线。遥控器发射的红外载波信号经解调后，将编码信号送入译码器。是与编码器配对使用的译码器，采用 脚封装，引脚功能如表。工作电压，静态电流只有。输入高电平，输入低电平。时钟频率（与共用此晶振）。输出驱动电流，输出漏电流，输出脉冲宽度为（典型值）。输出电平与编码器的输入状态一一对应，此输出与个手动功能开关并接，对进行双重控制。B是一种功能较全的电风扇程序控制器，它是的增强型产品，采用脚封装，引脚功能如表。其主要特性参数为：工作电压（典型），静态电流最大，输入高电平最小，输入低电平最大，输出低电平。最小输出电流，最小输入电流，可控硅（）最小控制电流，蜂鸣器（）驱动电流不小于。极限参数为：电源电压，输入、输出电压范围为，功耗，工作温度，储存温度。无论是遥控键还是手动键，每次按键时压电型蜂鸣器都会鸣响一次确认音，表示控制信号被成功接收。若风扇在静止状态时，只有风速键才能启动风扇。4.2.2 电风扇控制电路的实现下图所示就是本次设计中，电风扇控制电路的硬件实现原理图。43 报警控制电路的设计4.3.1温度传感器的使用LM94022作为一种 被选芯片，进行传感器的设计，以结合下一步的报警控制。LM94022是一种模拟输出的集成温度传感器，主要应用于手机、无线收发器、电池管理、汽车、办公室设备及家用电器等。该传感器主要特点包括工作电压低，可在1.5V电压下工作；工作电压范围宽1.55.5V；末级为推挽输出，有50A输出电流的能力；有四种灵敏度供用户选择；测量范围为-50+150；静态电流低，典型值为5.4A；精度（与测量范围有关）：2040为 1.5；-70-50为1.8；-5090为2.1；-50150为2.7；采用小尺寸SO70封装。 管脚排列与功能LM94022的管脚排列如图1所示，各管脚功能如表1所示。图1 LM94022管脚排列表1 LM94022管脚功能灵敏度选择端GS0及GS1 LM94022根据GS0、GS1被施加的不同电平有4种灵敏度供用户选择，如表2所示。用户可根据测温的范围及接口电路的工作电压的条件来合理选择。灵敏度由GS0及GS1的电平确定：高电平要求大于（VDD-0.5V）；低电平要求小于0.5V。 表2 LM94022提供的4种灵敏度（典型值）LM94022的输出特性LM94022的输出特性如图2所示，这是测量温度与输出电压在不同灵敏度时的特性。由于输出电压随温度升高而下降，其灵敏度为负值。在VDD为5V时，不同灵敏度的几个特定温度值时的输出电压如表3所示（典型值）。图2 LM94022的输出特性 表3 VDD为5V，TA为25时的输出电压值 从图2可看出，其线性度极好，这是线性化后的特性。按表3的数据计算出的灵敏度值与表2给出的典型灵敏度有一些差值。4.3.2报警控制电路的工作原理 4.3.3报警控制电路的硬件原理图实现下图所示就是本次设计的硬件原理图的实现4.4 电源的设计4.4.1直流稳压电源的工作原理 直流稳压电源由变压器、单相桥式整流电路、三端集成稳压器、滤波电路等组成。市电（）经过变压器降压后得到交流电压（），交流电压经过单相桥式整流电路后获得直流电压，为了不使电路中产生电压突变的情况，还要经过滤波电路，把电容和负载电阻并联以便吸收脉动电流，并使输出电压保持平稳，经过整流滤波电路之后的输出电压和我们所求的直流电源还有相当的距离，为了能够更加稳定直流电源，我们在整流滤波电路后还要经稳压电路稳压，这样就得到了我们所求得的直流电压。4.4.2元器件的选择三端固定式集成稳压电源最常用的产品为CW7800系列和CW7900系列，这两种系列均在524范围内有7种不同的输出电压档次，但7800系列输出为正电压，而7900系列输出为负电压，最大输出电流均可达1.5。型号中最末两位数字表示它们输出电压数值，例如CW7805型表示输出电压为+5，CW7912型表示输出电压为-12。本电源电路采用的是CW7812作为稳压器，它的输出电压为，最大输出电流为。，为极性电容，为普通电容。4.4.3参数计算变压器次级功率为 (4.1）式中，和分别为变压器次级电流和电压有效值，其中 （4.2）取，所以，即变压器次级电压有效值为。是稳压电源的输入电流，即整流滤波后的电流。 （4.3）取，即整流滤波后的电流为。 将，代入（4.1）中可得。变压器的初级功率为 （4.4）其中为变压器效率，表示变压器损耗的大小，通常取0.60.9。取，则，所以总功率为：，取。整流二极管，和滤波电容的选择；选择整流二极管主要考虑两个参数，第一是耐压（二极管可承受的反向电压最大值），对桥式整流电路来说，二极管的耐压值应为 （4.5），所以。公式（4.5）中，为电源变压器次级电压（有效值）。考虑到交流电网电压的波动，耐压值可适当取大一点。第二个参数是二极管最大工作电流，对桥式整流滤波电路应满足如下关系： （4.6），所以。综上所述，选择1N4002（其反向电压值为200V，正向平均电流为1A），可以符合要求。4.4.4直流稳压电源电路图硬件实现下图所示，即为直流稳压电源电路图，具体的参数和器件选择，前面已经讲述。直流稳压电源电路图第五章数显电路电路的设计和系统开发环境51 计数显示电路的组成计数器的任务是在闸门内计算已知脉冲的数量，可利用与门或者与非门作为闸门，本设计利用芯片4518和译码/闩锁/驱动电路4511（图5-1所示）的相关端子作为闸门。 图5-1 4511及4518的管脚图表4-1 4511真值表输 入输 出DCBAabcdefg显示XX00000000000000001X0111111111111111110111111111111111111XX0000000011111111XXX0000111100001111XXX0011001100110011XXX0101010101010101X1010110101110000001011111001110000001011011111110000001010110110100000001010100010100000001010001110110000001000111110110000008消隐0123456789消隐消隐消隐消隐消隐消隐锁存 锁存双210进制计数器4518的复位端（或R），时，4518计数；时4518复位。译码/闩锁电路4511的锁存控制端时，内部的闩锁电路处于锁存状态，四位闩锁封锁输入数据，此时它的输出为时的输入，时，闩锁处于选通状态，输出即为输入的代码。5.2显示电路的工作原理本电路将4518的各个端和4511的各个端均接入闸门信号（即双稳态端的输出负脉冲，和反相），如图5-2所示：时，4518计数，4511译码；时，4518封锁，4511锁存。这样，计数器电路只能在闸门宽度t内计数，译码，显示。t 011 ： 图5-2 闸门信号图 由于本电路的温度控制范围最高为80，对应的频率为80Hz，因此，频率计采用两位数