简易测温电路-郭东升.doc

沈阳工程学院课程设计论文沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 简易测温电路 系 别 自动化学院 班级 测本112 学生姓名 郭东升 学号 2011313206 指导教师 黄硕 曲延华 职称 讲师 起止日期：2013年5月20日起 至 2013年5月24日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 简易测温电路 系 别 自动化学院 班级 测本112 学生姓名 郭东升 学号 2011313206 指导教师 黄硕 曲延华 职称 讲师 课程设计进行地点： B419 任 务 下 达 时 间： 2013 年 5 月 8 日 起止日期：2013年5月20日起至 2013年5月24日止 教研室主任 曲延华 2013 年 5 月 10 日批准17沈 阳 工 程 学 院模拟电子技术课程设计成绩评定表系（部）： 自动化学院 班级： 测本112 学生姓名： 郭东升 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分目 录中 文 摘 要31设计任务描述41 设计主要内容及要求41.1 设计目的：41.2 基本要求41.3 发挥部分42 设计过程及论文的基本要求：42.1 设计过程的基本要求42.2 课程设计论文的基本要求43 时间进度安排42设计思路53设计框架64 各部分电路设计及参数计算75工作过程分析85.1温度传感模块85.1.1关于温度传感方法的选择86 元器件清单117 主要元器件介绍12小结13致谢14参考文献15附录16A1 逻辑电路图17A2 实际接线图18中 文 摘 要 本次课程设计的题目是简易测温电路，科技发展，很多工业化的生产都需要温度测量，这使得温度测量仪器变成一个很重要的东西。下面我们将题目所给的温度测量电路进行分析和改动设计。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，同时综合温度传感器的相关应用，从基本的单元电路出发，实现了温度测量与控制电路的设计，关键词 热敏电阻，比较器，发光二极管1设计任务描述1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）掌握非线性光耦隔离电路的构成、原理与设计方法；（2）熟悉模拟元件的选择、使用方法。1.2 基本要求（1）输入信号为方波，幅度3V，频率500Hz40kHz； （2）采用高速光耦，信号延迟时间1ms，带宽不低于100kb/s；（3）输出信号上升及下降时间占有方波周期的5%以下。（4）输出信号幅度6V，电流驱动力不低于1mA。1.3 发挥部分（1）信号带宽升至10Mb/s；（2）幅度可调（3）其他2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12013.05.20讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分22013.05.21检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32013.05.22检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分42013.05.23继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分52013.05.24答辩、写报告打分2007-12-12设计思路根据此次课程设计的要求，我设计的简易测温电路是根据热敏电阻在不同的温度下的阻值不同，利用分压电路将不同温度下热敏电阻下方的电位送入比较器与事先计算好的电位进行比较，当其电位大于事先计算好的电位时，运放输出高电平，点亮LED，达到报警的效果。3设计框架发光二极管滑动变阻器比较器手控64 各部分电路设计及参数计算温度=40 时，热敏电阻阻值为3.5千欧，此时R9与R10之间的电位为：1/（3.5+1）10=2.22伏特温度=50 时，热敏电阻阻值为1.64千欧，此时R9与R10之间的电位为：1/（1.64+1）10=3.79伏特温度=60 时，热敏电阻阻值为823欧，此时R9与R10之间的电位为：1000/（823+1000）10=5.49伏特温度=70 时，热敏电阻阻值为602欧，此时R9与R10之间的电位为：1000/(602+1000) 10=6.24伏特温度=80 时，热敏电阻阻值为450欧，此时R9与R10之间的电位为：1000/(450+1000) 10=6.89伏特温度=90 时，热敏电阻阻值为339欧，此时R9与R10之间的电位为：1000/(339+1000) 109=7.47伏特温度=100 时，热敏电阻阻值为258欧，此时R9与R10之间的电位为：1000/(258+1000) 10=7.95伏特假定分压电路的电流为1毫安，则：R8=2.22伏特/1毫安=2.22千欧R8+R7=3.79伏特/1毫安=3.79千欧R8+R7+R6=5.49伏特/1毫安=5.49千欧R8+R7+R6+R5=6.24伏特/1毫安=6.24千欧R8+R7+R6+R5+R4=6.89伏特/1毫安=6.89千欧R8+R7+R6+R5+R4+R3=7.47伏特/1毫安=7.47千欧R8+R7+R6+R5+R4+R3+R2=7.95伏特/1毫安=7.95千欧R8+R7+R6+R5+R4+R3+R2+R1=10伏特/1毫安=10千欧故得到：R8=2.22千欧，R7=1.57千欧，R6=1.7千欧，R5=750欧 R4=650欧，R3=580欧，R2=480欧，R1=2.05千欧流过发光管的电流=（电源电压-约10V）/（上拉电阻+原限流电阻）得出上拉电阻为300欧姆，原限流电阻为900欧姆根据热敏电阻阻值的大小得出滑动变阻器为4千欧姆5工作过程分析5.1温度传感模块5.1.1关于温度传感方法的选择 常用的具有传感功能的电路，有利用铂电阻，利用二极管，利用三级管，利用铂电阻，或直接利用现有的具有温度传感功能的芯片。 1利用铂电阻测温度原理： 铂电阻的组织随温度的变化而变化，通过电阻两端电压的变化来反 映温度的变化。 把电阻两端电压变化的信号经过处理后，就可以和预设电压进行比较，并显示。其电路如图1-1所示 图1-1 铂电阻测温电路的传感部分（其中R1为铂电阻）排除理由：热电阻在一定的范围内，有良好的线性关系，但是这个范围很窄，达不到课题要求的范围。而如果进行电阻线性化，则电路更加复杂，而且由于测温需要相对精确，为避免过多电路造成噪声等不利影响，将这个方案排除。 2 利用二极管测温度原理：和铂电阻相似，但是利用的是二极管电压随温度变化而变化。使用中可以利用桥路将其连接（如图1-2所示），并用放大器放大后输出。这样的测温电路简易且实用。 排除理由：灵敏度不高，变化范围太窄，线性化不是很好。 3 利用三极管测温度 原理：利用了硅晶体管的基极和发射极之间的负温度系数，如图1-3所示。 图1-3三级管测温度电路图 排除理由：灵敏度不高，可以用作判断报警，但不宜用于测量温度。 4现有的温度传感芯片 原理：现有的芯片如LM335，AD590，LTC1052等。 排除理由：其工作电压范围最大为125，超过后虽然也有一定的线性关系，但若用于精度较高的测量温度电路就不太可行了。 5选用滑动变阻器（阻值4千欧姆） 原理:利用热敏电阻在不同温度下的阻值不同来调节滑动变阻器，使发光 二极管灯亮，进而得出温度是多少，达到了测量温度的效果温度=40度时，一个灯亮温度=100度时，灯全亮6 元器件清单序号元件名称规格及用途数量1 滑动变阻器4 k1个2 比较器LM339AJ 7个3 电阻300 7个4 电阻900 7个5 电阻2.05 k1个6 电阻480 1个7 电阻580 1个8 电阻650 1个9 电阻750 1个10 电阻1.7 k1个11 电阻1.5 7k1个12 电阻2.22 k1个13 电阻1 k1个14 发光二极管LED-Green7个7 主要元器件介绍四电压比较器LM339简介：LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339是四电压比较器，属于接口电路，用来比较2个输入电压的大小，输出数字信号，输出高电平表示正输入端的电压大于负输入端的电压；输出低电平表示正输入端的电压小于负输入端的电压。发光二极管LED简介：选用的是磷化镓二极管，发绿光。发光二极管只能够往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与电洞在其内重合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体物料种类与故意渗入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、反应速度快、可靠性高等传统光源不及的优点小结本次电子课程综合设计，让我受益匪浅。虽然时间比以往的长了不少，但是开始选题时还是很茫然。从选题到定稿，从理论到实践，在整整一星期的日子里，可以说得是苦多于甜。但是在这过程中我查阅和浏览了很多的相关资料,和同学们一起商量，相互合作，并且对Multisim软件的使用有了很大程度的提高。同时不仅可以巩固和强化以前所学过的知识，还学到了很多书本上所不曾学到的知识。这次我选择了简易测温电路，在寻求解决方案的过程中，我们学到了很多，查阅了大量的文献资料和搜索了大量网络资料，找到了多种解决办法，经过筛选掌握了不同方法的利与弊，最终选择了LM339比较器，滑动变阻器以及LED的组合，通过这次课程设计，使我更清楚的认识到自己所学的不足，同时也加深了对以前所学知识的理解，也增强了编程与仿真的操作能力。总之，这次课程设计让我明白一个道理那就是：只有理论必须和实际结合，才能更好地让我们掌握书本上的知识。同时在设计过程中遇到仿真不出结果的问题，最后在网络和同学的指导下终于得到解决。这个设计总体上不算完美，但是在这次课程设计经历的益处是不能言表的，在此谢谢各位老师和同学的解囊帮助！致谢感谢我的指导老师黄硕老师在此次课程设计中给予我热情而耐心的指导。帮助我改进我的原理图、接线图初稿设计时许多错误，还指导了我应该去查找哪些方面的资料去完善这次设计，弥补出现的设计漏洞。使我的设计有一个明确的主导思想，能够顺利而有条不紊地进行。同时也要感谢感谢我的同学们。他们很认真的帮助我解决了很多问题，一起交流，使我也学到了许多新知识。参考文献1.张国雄等编.测控电路.机械工业出版社2.蔡锦福等编.运算放大器原理与应用.科学出版社,3.谷树忠等编.Protel 2004实用教程原理图与PCB设计.电子工业出版社， 4，模拟电子技术基础 高等教育出版社5.模电数电基础实验及Multisim7仿真 浙江大学出版社.附录表一：热敏电阻