模电课设-温度检测显示器.doc

武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书目 录摘 要IAbstractII1概述12理论分析计算及设计22.1电路设计23Multisim仿真43.1仿真结果43.2仿真过程及结果分析64实物焊接及调试85心得与体会10参考文献11摘 要温度检测在我们生活中是到处都要用到的，各种自动温控装置都包含着温度检测这一知识，而且，温度检测控制也是很重要的，比如鱼池水温自动控制系统，浴室水温自动检测控制系统，等等一些生活中的小事都离不开温度的检测，我们天天用的电脑，在运转过程中也会产生很多热量，传递给自身的某些部件，若是温度过高，很可能会损坏相关器件，因此，检测温度将是一项很重要的工作。在我们日常生活中，用到电子产品的地方简直多不胜数，每一件电子产品都涉及了很多的模拟电路知识，因此模拟电路知识也是很重要的。本次的课程涉及便要通过所学的模拟电路知识运用运算放大器和热敏电阻来实现简单的温度检测，并利用发光二级管来显示不同区段的温度，制成一简易的温度检测显示装置。关键词：温度；检测；模拟电路AbstractTemperature detectionisused everywherein our lives,a variety ofautomatic temperature control devicecontainsthe knowledge of temperature,andthe temperaturemeasurement and controlare also important,such aspondwater temperaturecontrol system,automatic detection ofwaterbathcontrol systems,and some of thelittle things in lifeare inseparable fromthe temperatureof thetest, weuse the computerevery day,during operation,it will producea lot ofheat,transfertoownsome of theparts, if thetemperature is too high,itmay bedamage torelated components,Therefore, the detectiontemperatureisa veryimportant job.In ourdaily life,theplace isused inelectronic productsare numerous,eachelectronicproductinvolved ina lot of knowledge ofanalog circuits,analog circuitsknowledgeisthereforevery important.The coursewillinvolvelearningthroughtheuse ofthe analogcircuitoperational amplifierand the knowledgeto make a simplethermistortemperature measurement,and uselight-emittingdiode todisplay differentsectionsoftemperature, madeasimpletemperature measurementdisplay device.Keywords: temperature;detection;analog circuits111概述本实验需要设计一个简易电路来实现温度检测并显示出温度区间，我们便想到了使用电压比较并通过放大器来放大信号来使发光二极管发光，从而表示不同的温度。这样大致的思路便有了，这个电路将会比较简单，首先是几组电阻跟温敏电阻通过分压实现电位比较，把比较的两种电位输给运算放大器的两输入端子，再通过放大器放大信号输送给发光二级管。至于放大器的选择我们选择了LM358运算放大器，因为该型号市场上比较常见，在各大网站上，搜索比较频繁，价格一直相对平稳，而且输出稳定，选用它是比较合适的。在完成最后设计之前还得进行软件仿真，这时候，multisim便是一不错的工具。 在一切准备工作做好之后，便可按照流程一步步来完成此次设计，如图1是设计流程图：设计电路Multisim仿真更改参数至理想值结束焊出实物开始图1 设计流程图2理论分析计算及设计2.1电路设计 我们所要达到的目标是检测四段区间的温度：A.，B.，C.，D.，并对每段作出段位显示，要求测量误差为。标准检测点为： 。为了达到这一目的，便设计了如图2所示电路图：图2 温度检测显示电路图如图2所示，电路中运用4个运算放大器和4个二极管及电阻、可调电阻组成。其中，R10为可调电阻，由于multisim中没有热敏电阻因而我们用它来代替热敏电阻，LM358用来放大电流信号以便让发光二级管工作，发光二级管用来显示温度所在区段，我们查询了相关参数，得到热敏电阻的部分温度阻值对应表，如表1所示： 表1 NTC热敏电阻部分R/T对照表 型号: mfh103-3950T() R(K)T() R(K)T() R(K)0.0 32.503015.0 15.704928.5 8.58896.5 23.532016.0 14.994429.0 8.40637.0 22.966117.0 14.319829.5 8.22817.5 22.415417.5 13.995430.0 8.05418.0 21.879518.0 13.679230.5 7.88428.5 21.357918.5 13.371034.0 6.80269.0 20.850219.0 13.070538.5 5.65019.5 20.355919.5 12.777739.0 5.5363根据需要，查出在0、19、29、39时温敏电阻的阻值分别为32.5k、13.1k、8.4k、5.5k，将电路图中R1、R2、R3、R4阻值分别设置为这四个阻值即可，因为从LM358参数中有：在双电源供电情况下，LM358在正极输入大于负极输入时，输出Vout=Vcc-1.5V，负极输入大于正极输入时输出Vout=VEE+1.2V，其中VCC为正电源，例如VCC=+5V，VEE为负电源，例如VEE=-5V。在这种条件下，只要使放大器正输入端电位大于负输入端即可让发光二级管发光，当负输入端电位大于正输入端电位时发光二级管无法发光。而根据计算：V1+=R5VCC-VEER10+R5V1+=R5VCC-VEER10+R5 因此只要满足R1R10时，第一个发光二级管即可发光，所以可直接取临界条件R1=32.5k因此可以直接取R1=32.5k、R2=13.1k、R3=8.4k、R4=5.5k即可满足条件3Multisim仿真电路设计好以后便要进行软件仿真，在众多的仿真软件中，优先选择Multisim， Multisim是根据Pspice而设计的，通过Multisim和虚拟仪器技术，就可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原形设计和测试这样一个完整的设计流程。它具有直观的图形界面、丰富的元器件、强大的仿真能力、丰富的测试仪器、完备的分析手段、独特的射频模块、强大的MCU模块、完善的后处理、详细的报告、兼容性好，而且它很实用，比其他仿真软件功能强大，操作更简单，在仿真时只需要在multisim中新建文件并按照设计的电路连接好电路图，设置好各元件参数后启动multisim仿真，观察仿真结果。连续调节可调电阻阻值模拟温度变化，然后再观察测量四个所需温度点的结果，即把可调电阻阻值分别调到32.5k、13.1k、8.4k、5.5k，观察发光二级管的亮灭情况并分别测量流过发光二级管的电流值。再根据仿真情况适当修改参数，使电路仿真结果达到最佳状态。3.1仿真结果图3 温度0时仿真结果图4 温度刚好为0时结果图5 温度刚好达到19时结果图6 温度刚好为29时结果图7 温度刚好为39时结果3.2仿真过程及结果分析在multisim中连接好电路并启动仿真后，依次调节可调电阻的阻值，使其刚好为热敏电阻在0、19、29、39时候的阻值，如图3所示，当温度小于0时，发光二级管中流过的电流很小，为nA级的，发光二级管没有发光；图4是温度刚好达到0时的状况，此时通过电流表可以观察的到，流过发光二级管LED1的电流约为29.965毫安，足以使发光二极管发光了，并且这和前边计算分析值30毫安差不多，而其他几个发光二极管依然通过的电流很小，无法发光；图5是温度刚好达到19时的情境，图6和图7分别为29和39的情况，同样，仿真测得的电流和实际算出的值很相近。而且可以从各电压表中读出各放大器负输入端电位值（即参考电压），V1-=2.353mv，V2-=4.329mv，V3-=5.435mv，V4-=6.452mv，这与前边计算值：V1-=2.35mv，V2-=4.33mv，V3-=5.44mv，V4-=6.45mv基本一样，可以看出，仿真效果很好，这样便可购买材料焊接实物电路图了。4实物焊接及调试在通过软件仿真过后便可焊出实物来，按照电路图焊接好电路，如图8所示：图8 实物图然后借助实验室的电源设备，接通电源进行仿真测试，可以看到在实验室较冷的条件下只有第一个发光二级管发光，说明实验室温度在0-19之间，然后用手捏住温敏电阻，可以看到第二个发光二级管发光，紧接着第三个发光二极管也发光了，这表明用手捏住温敏电阻后它的温度在上升，如图9为某一温度下发光二级管发光状况，可以看出，实物工作也正常。图9 实际工作状况需要注意的是，我在焊实物电路的时候，将仿真电路里的R1、R2、R3、R4换成了可调电阻，因为根据温敏电阻参数表中不同温度下的阻值可能会有误差，再加上其他因素的影响可能会使结果有些偏差，因此根据实际情况来确定适当调节4个电阻的阻值，即先将温敏电阻置于某一温度检测点下，调节相应的可调电阻使对应的发光二级管刚好发光，再调节好每一个可调电阻的阻值过后就可以固定下来，再将温敏电阻置于待测物内根据发光二级管的两灭情况得出所测温度值的范围。5心得与体会此次课程设计是大学以来做的第一个硬件方面的课程设计，由于是第一次做，一开始无从下手，不知道该怎么做，后来向学姐学长询问并上网查询相关资料以后才有了一点儿眉目，这样才开始做这次课程设计。通过此次完成模电课程设计，我收获了很多，通过设计相关电路，巩固了模电运算放大器的相关知识，一开始由于不是很了解相关元件的参数，导致设计出了错误的电路图，仿真没法进行，后来翻阅书籍并向其他同学请教过后才更正过来，最终才设计出了比较满意的电路图。通过电路仿真，这又学会了multisim的使用，又掌握了一种很实用的工具。不仅仅这些，通过此次课程设计还锻炼了我各方面的能力，就比如说，再最开始的时候，由于连仿真软件都不会使用，闹了许多笑话，不过在不断地尝试过后终于知道该如何正确使用它了。还有在焊接实物电路时，焊废了好几块电路板，虽然电路蛮简单，但是焊之前没有好好布局，结果焊到某些部分就焊不下去了，用吸锡器拆了过后再焊还是有问题，加热时间过长，将焊盘给吸起来了，在几次焊坏电路板的前提下，终于焊出了我们自己的作品，这都是在小组成员努力下的结果。当然，此次课程设计还有很多不足之处，比如在电路的设计方面就有一些缺陷，没有先将信号放大后再进行比较，在后边运用放大器进行比较放