温度检测电路

精品文档 1 欢迎下载 第 章 绪论 1 1 引言 温度检测在自动控制系统电路设计中的使用是相当广泛的 系统往往需要针对控制系统内部以及外部环境的温度进行检测 并根据温度条件的变化进行必要的处理 如 补偿某些参数 实 现某种控制和处理 进行超温告警等 因此 对所监控环境温度 进行精确检测是非常必要的 尤其是一些对温度检测精度要求很 高的控制系统更是如此 良好的设计可以准确的提取系统的真实 温度 为系统的其他控制提供参考 而相对不完善的电路设计将 给系统留下极大的安全隐患 对系统的正常工作产生非常不利的 影响 本文结合实践经验给出两种在实际应用中验证过的设计方 案 1 2 设计要求 1 确定设计方案画出电路图 2 完成所要求的参数计算 3 对电路进行焊接与组装 4 对电路进行调试 5 写出使用说明书 1 2 1 设计题目和设计指标 设计题目 温度检测电路 技术指标 1 量程 0 30 摄氏度 2 两位数码管显示 1 2 2 设计功能 1 温度检测 精品文档 2 欢迎下载 2 信号调理 3 数码显示 1 2 3 硬件设计 1 传感器可选择 LM35 因为热敏电阻的精度不高 2 模数转换 译码可选择集成芯片 ICL7107 芯片 3 显示电路可以选择数码管三位显示室温 1 3 需要做的工作 1 器件选型 2 原理图绘制 3 各个流程设计 4 仿真之后做出实物 精品文档 3 欢迎下载 第 章 电路的方框图 2 1 数字温度计电路原理系统方框图 数字温度计电路原理系统方框图 如图 1 1 所示 图 1 1 电路原理方框图 2 2 方框图工作流程介绍 通过温度传感器采集到温度信号 经过放大电路送到 A D 转换器 然后通过译码器驱动数码管显示温度 在温度采集过程 中我们选择多种传感器进行比较 但我们最终选择 LM35 温度传 感器 因为它校准方式简单 使用温度范围适中 在 A D 转换和 译码的过程中 我们选择了 ICL7107 芯片 因为他集模数转换与 译码器于一体 使得外围电路简单 易于焊接 而且抗干扰能力 强 精品文档 4 欢迎下载 第 3 章 单元电路设计和器件的选择 3 1 温度采集电路的设计 3 1 1 工作原理 传感器电路采用核心部件是 LM35AH 供电电压为直流 15V 时 工作电流为 120mA 功耗极低 在全温度范围工作时 电流 变化很小 LM35 AH 具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围 该器件输出电压与摄氏温度线性成比例 0 时输出为 0V 每 升高 1 输出电压增加 10mV 因而 从使用角度来说 LM35 与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处 LM35 无 需外部校准或微调 可以提供 1 4 的常用的室温精度 LM35 具有以下特点 1 工作电压 直流 4 30V 2 工作电流 小于133 A 3 输出电压 6V 1 0V 4 输出阻抗 1mA 负载时0 1 5 精度 0 5 精度 在 25 时 6 漏泄电流 小于60 A 7 比例因数 线性 10 0mV 8 非线性值 1 4 9 校准方式 直接用摄氏温度校准 10 封装 密封TO 46 晶体管封装或塑料TO 92 晶体管封装 11 使用温度范围 55 150 额定范围 精品文档 5 欢迎下载 Op 07 芯片是一种低噪声 非斩波稳零的单运算放大器集 成电路 由于 OP 07 具有非常低的输入失调电压 所以 OP 07 在 很多应用场合不需要额外的调零措施 OP 07 同时具有输入偏置 电流低 OP 07A 为 2nA 和开环增益高 对于 OP 07A 为 300V mV 的特点 这种低失调 高开环增益的特性使得 OP 07 特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面 温度采集电路如图 3 1 所示 图 3 1 温度采集电路 3 1 2 内部电路框图及引脚功能 LM35 引脚功能如图 3 2 图 3 2 LM35 引脚功能图 OP 07 芯片引脚功能说明 1 和 8 为偏置平衡 调零端 2 为反向输入端 3 为正向输入端 4 接地 5 空脚 6 为输出 7 精品文档 6 欢迎下载 接电源 它的引脚图如图 3 3 所示 图 3 3 OP 07 引脚图 3 2 A D 转换以及数码管驱动电路的设计 3 2 1 工作原理 ICL7107 是高性能 低功耗的三位半 A D 转换器 同时包含 有七段译码器 显示驱动器 参考源和时钟系统 ICL7107 可直 接驱动共阳极 LED 数码管 ICL7107 将高精度 通用性和真正的 低成本很好的结合在一起 它有低于 10uV 的自动校零功能 零 漂小于 1uV 低于 10pA 的输入电流 极性转换误差小于一个 字 真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用 在用 于测量负载单元 压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特 点 ICL7107 转化器原理图如图 3 4 所示 图 3 4 ICL7107 转化原理图 18 27 36 45 精品文档 7 欢迎下载 3 2 2 内部电路框图及芯片各引脚功能 ICL7107A D 转换器的管脚排列及其各管脚功能如图 3 5 所示 1 V OSC1 40 2 D1 OSC2 39 3 C1 OSC3 38 4 B1 TEST 37 5 A1 REF HI 36 6 F1 REF LO 35 7 G1 CREF 34 8 E1 CREF 33 9 D2 COMMON 32 10 C2 I CL7107 IN HI 31 11 B2 IN LO 30 12 A2 A Z 29 13 F2 BUFF 28 14 E2 INT 27 15 D3 V 26 16 B3 G2 25 17 F3 C3 24 18 E3 A3 23 19 AB4 G3 22 20 POL GND 21 图 3 5 ICL7107 管脚排列 3 3 温度显示电路的设计 数码管可以分为共阳极与共阴极两种 在本次设计当中 由 于 ICL7107 的特点 它只能驱动共阳极数码管 故我们要选用共 阳极七段数码管 在连接数码管时 我们要注意数码管各个管脚 而且在管脚之前要接上电阻 以免烧坏芯片和数码管 如图 3 6 共阳极数码管内部结构 精品文档 8 欢迎下载 a G b c d e f g SP 图 3 6 共阳极数码管内部结构 精品文档 9 欢迎下载 第 4 章 整机电路的工作原理介绍 通过温度传感器 LM35 采集到温度信号 经过放大电路送到 A D 转换器 然后通过译码器驱动数码管显示温度 ICL7107 集 A D 转换和译码器于一体 可以直接驱动数码管 省去了译码器 的接线 使电路精简了不少 而且成本也不是很高 ICL7107 只 需要很少的外部元件就可以精确测量 0 到 200mv 电压 LM35 本 身就可以将温度线性转换成电压输出 综上所述 采用 LM35 采 集信号 用 ICL7107 驱动数码管实现信号的显示 精品文档 10 欢迎下载 第 5 章 电路的组装调试 5 1 合理布局 在制作电路的过程中 信号线能完成各种功能 如信号输入 反馈 输出以及提供基准信号等 因此 对于不同的应用 信号 线都必须以各种方式进行优化 但是 有一个公认的准则就是在 所有模拟电路中 信号线应尽可能的短 这是因为信号线越长 电路中的感应和电容耦合就越多 这是不希望看到的 所以在此 电路的布线时采用直线最短的距离 以减少产生的干扰和损耗 此电路有数字部分和模拟部分 对数字电路部分的布局以模拟部 分为例尽量以最短的距离进行连接 对不可避免要交叉的地方采 用跳线的方式连接 电路以方框的布局连接 先是温度采集传感 器紧接着是反向比例放大器和 A D 转换 数码管驱动 对数码管 显示部分采用直立式的焊接方式 这样的焊接方式虽然麻烦 但 容易观察测量结果 5 2 电路的调试与所用工具 5 2 1 电路的调试 在电路焊接完 ICL7107 数码管及外围电路后 短接 30 和 31 脚 观察数码管显示 若显示的数字在 95 到 105 之间说明 ICL7107 工作正常 实测显示 97 整机电路焊接结束后测量 LM35 的 2 脚 对地电压 观察电压是否随着温度的变化而变化 实测数值符合 要求 电路上电观察数码管显示的数值和酒精温度计的数值进行 比较 若数值的的波动比较大而快 调节 ICL7107 的 35 脚和 36 脚的 R9 一面调节一面观察数值 直到数码管稳定显示 其数 值和酒精温度计的显示一致 5 2 2 调试所用工具 一字螺丝刀 酒精温度计 电源箱 万用表等 精品文档 11 欢迎下载 结论 采用 LM35 温度传感器 ICL7107 芯片 通过温度传感器 LM35 采集到温度信号 再将采集到的温度信号送入 OP 07 放大 电路 再到 A D 转换器 进行模数转换 然后通过译码器驱动数 码管显示温度 在这次设计当中 初步了解了 AD 转换器的工作原理以及数 码管的连接方法 整个设计题目中信号采集电路比较重要 要对 电路中各个元件数值进行精确的计算 防止电路输出变化太大 对测量不利 精品文档 12 欢迎下载 心得和体会 课程设计是培养我们综合运用所学知识 能够和同学一起团 结协作解决实际问题 锻炼我们把书本知识付诸实践的一个关键 环节 是对我们实际动手能力的具体训练和考察过程 回想起近三周的课程设计 我想每个人都有万千感慨 从 老师的动员会到选题到定稿 从理论到实践 我们发现 提出 解决过许多问题 在解决的过程中 可以说是遇到许多困难 但 是我并不抱怨 因为在此过程中我们不仅可以巩固以前所学过的 知识 还可以学到很多在书本上没有的知识 通过这次课程设计 使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 只有理论知识是远远 不够的 只有把所学的理论知识与实践相结合起来 从理论中得 出结论 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力 我想 不论是谁在这个学习的过程中都会遇到各种各样的问题 但只要 我们认真努力 谦虚求教 就一定会把困难排除 也会从中发现 自己的不足之处 比如我个人了解到自己对以前所学过的知识理 解得不够深刻 掌握得也不够扎实 古语说 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 求知的路 上就是这样 我们总会 欲渡黄河冰塞川 将登太行雪满山 可是汗水见证着每个人的收获 我们只要坚持不懈定会 长风破 浪会有时 直挂云帆济沧海 通过实习 我才真正的意识到到 老一辈电子设计为我们的社会做出了多大的贡献 就我们的课程 设计 我想说的是电子设计真的很辛苦 但这种苦的背后也有每 个人心中的乐 本次课程设计是一个团队的任务 是考验我们相 互帮助 配合默契的特殊时刻 大学不像高中大家每天都要坐在 精品文档 13 欢迎下载 一起上课 因此和同学接触的比较少 可是这些天的合作 使得 我和同学们之间的距离拉近了许多 当我们看到自己亲手焊接好 的实物实现了应有的功能时 我们一起相拥 享受那一刻的快乐 通过这次课程设计使我了解到理论与实际相结合是很重要的 仅仅学会理论知识是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践 相结合起来 从理论中得出结论 才真正算是学到了知识 掌握 了本领 也提高自己的实际动手能力和独立思考的能力以及团队 协作能力 精品文档 14 欢迎下载 致谢 首先 感谢学校为我们搭建此次课程设计的平台 使我们能 够拥有这样的机会来实践课本知识 增强自己的动手能力 其次 我想对我的指导老师王振立老师说一句谢谢 因为从课程设计的 最初以及设计的过程中 是他帮助我们解决了许多我们不懂的问 题 由于老师的帮助 我们才能将一些困难迎刃而解 最后 我 想感谢我同组的伙伴们 是他们让自己在学习中成长 也深刻的 体会到团结合作的重要性 精品文档 15 欢迎下载 参考文献 1 郭 红 数字电子基础 人民邮电出版社 A D 译码部分 2 王立新 杨少卿 温度检测方法与温度传感器 3 杨素行 模拟电子技术基础 第三版 高等教育出版社 放大器 部分 精品文档 16 欢迎下载 附录 1 电路原理图