温度测量数显控制仪的设计实现(电子线路选题十五)

1、电子电路实验3综合设计总结报告题目： 温度测量数显控制仪的设计实现 班级：学号：姓名： 成绩：日期：一、摘 要此次实验选题名称为“温度测量数显控制仪的设计实现”。实验要求：设计一个温度测量数显控制仪并且能够实现预定的测量目标。温度测量是日常生活和工程领域经常需要解决的问题，在冷库、制冷设备、粮食储备等精度要求不特别高的场合，经常采用Pt100铂电阻来实现温度的采集与控制调节。温度测量数显控制仪能够满足对温度测量精度要求较高的场所的需求，其测量范围为-50200，精度允许误差为±1，精度较高、设计简单而且经济实用。本选题中所设计的电路可由温度采集（传感器）、电阻/电压转换器、A/D转换

2、器、控制电路和显示电路组成。温度测量数显控制仪采用热敏类电阻铂 Pt100作为温度采集传感器来实现温度的采集与控制调节，其工作原理为Pt100的阻值随温度的变化而呈现有规律的变化(可认为线性变化)这一特性，当温度变化时，铂电阻的阻值发生变化，铂电阻的每一个阻值都与温度一一对应，然后经过电阻电压转换、A/D模数转换以及数码管显示，A/D转换器用ICL7107（双电源±5V供电,适合驱动发光二极管显示），数码管采用共阳极数码管显示，将当前阻值所对应的温度显示出来，从而实现对温度的测量。此外，本实验还要求当温度超过某一设定值时，控制仪能够发出报警并且触发散热装置工作进行降温。报警

3、用发光二极管和蜂鸣器，降温设备为小风扇。当温度超出设定为度时，发光二极管亮并且蜂鸣器响，小风扇开始工作，使之降温。二、设计任务2.1 设计选题选题十五 温度测量数显控制仪的设计实现2.2 设计任务要求设计一个可在一定温度范围进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪。 该显示仪测量温度的范围为-50200，能够对温度值进行数字显示（可现实温度测量值和设定温度值两种），其测量误差为±1。 当超过某一设定温度上限时（如40），能够声光报警，并启动风扇。三、方案设计与论证方案一  基于ICL7107的温度测量数显控制仪 本方案的设计电路由稳压电

4、路、温度采集、电阻/电压转换器、控制电路和显示电路组成。其中，温度采集传感器采用热敏电阻铂Rt100，A/D转换器用温度测量数显控制仪的设计实现  ICL7107（双电源±5V供电，适合驱动发光二极管显示），共阳数码管用ICL7107控制。 本方案用到了ICL7107，电路中的A/D转换电路与数码显示电路都由其控制与组成，因而在设计具体电路时，要针对ICL7107进行合理的设计。而电阻/电 压转换电路由运放电路组成，Rt100是电阻/电压转换电路的核心部分。 该方案的设计方框图表示如下基于ICL7107的温度测量数显控制仪原理方框图此

5、方案优点：电路组成明确且设计合理，能够较为理想的实现实验设计要求，而且硬件电路结构简单，易于实现。此方案缺点：电路所用元器件较多，调试比较复杂。方案二: 基于AT89S51型单片机的温度测量控制显示系统 利用铂电阻的感温效应，将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，选用AT89S51型单片机作为主控制器件进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，通过4位共阳极LED数码管并口传送数据，实现温度显示。此外在外加的报警电路方面控制也比较方便。AT89S51型单片机的温度测量控制原理方框图经过比较分析，我认为方案一比较

6、适合本次实验。理由如下: 1、本次实验为综合性设计实验，实验的目的是考察学生的综合能力以及锻炼学生的思维动手能力，在这一点方案一比方案二要好。 2、方案一设计合理，电路构成明确且易于操作，不用编写调试程序；方案二虽然构成要比方案一简单，但涉及到编程及调试，对学生的软件知识要求较高。 综上所述，我认为采用方案一比较合理。四、电路单元参数的选定和设计实现1、稳压电路 稳压电路原理图稳压电路主要功能是将±220V的电压转换成为±5V的电压，用以控制仪各个部分的供电。在实际的实验室操作过程中，我直接用±5V的电压进行供电，但考虑到实

7、验产品的实用性，稳压电路的实际就成为了必须要考虑的一项内容。 2、温度采集及电阻/电压转换电路    温度采集主要用到了铂电阻Rt100的温度传感特性。当温度发生变化时，铂电阻的阻值会发生变化，而铂电阻的阻值又与温度呈现一一对应的关系，具体对应关系见下表：1、当t=-50时，运放的输出电压为Uo=(1+80.31/33) ×0.3=1.03V 2、当t=200时，运放的输出电压为Uo=(1+175.84/33) ×0.3=1.90V 3、在-50 200，输出电压在1.01.9V间。在电阻/电压转换电路后

8、，接一电压跟随器，提高带负载的能力。电压跟随器电路示意图 3、A/D转换器  A/D转换器采用美国Harris公司的ICL7107（双电源±5V供电），它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动发光二极管（LED）。 内部设有参考电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参考源和时钟系统等功能。将高性能、低功耗和低成本很好的结合在一起，它有低于10µV的自动校零功能，零漂小于1µV/，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广泛用于各种单片测量单元。可用于组装成各种数字仪表或数

9、控系统中的监控仪表，广泛用于电压、电流、温度、压力等各种物理的测量。封装形式有DIP40、LQFP44或QFP44 等。C1为外接积分电容，R1为外接积分电阻，C2为自动调零电容，C4为基准电容，C5、R6为内部时钟振荡器的外接电容、电阻。具体的元件参数已经在途中给出，在这里就不再赘述。  振荡频率     f=0.45/R6C5   R6=100K、C5=100PF,则主振频率为45kHz,采样时间为每秒3次。IN+为外加信号输入端；IN-为输入基准信号零点，VREF+为基准信号端子。

10、0;当基准信号调到02V时，外加信号的输入也在02V，LED对应显示01999，相当于1mV对应1个字。当输入信号超过上限量程时，千位数码管显示1，而其余三位数码管全无显示；当输入信号超过下限量程时，千位数码管显示-1，而其余三位数码管全不显示.正电源通过R7限流电阻向共阳极数码管供电，改变R7可改变数码管的亮度。   A/D转换器可以说是整个设计电路的核心部分，而ICL7107则是A/D转换电路的核心部分。了解ICL7107的使用方法及原理，对于整个电路设计直观重要。因此在实验开始前，我就上网查阅有关资料，积累了一些针对ICL7107的知识，因此在实验过程中能够较为深入的

11、理解具体电路的设计原理。4、控制电路 LM324管脚连接图电压比较器电路 电压比较器主要用于控制加热设备或制冷设备的通断，其控制原理如下： 1、切换开关K置于1挡时，仪表显示测量温度值； 2、置于2挡时显示设定温度。  3、当测量温度值低于设定温度值时，8管脚输出高电平，二极管不工作。当测量温度高于设定温度时。8管脚输出低电平，二极管工作。5、显示电路 当温度测量完之后，要通过显示电路将测量值显示出来。显示电路由ICL7107以及数码管构成。其中，数码管是LG5011BSR,采取共阳极接法，即阳极接到电源正极，其余的各个管脚与ICL7107的管脚一一对应

12、连接。数码管引脚图及接法6、声光报警电路声光报警电路主要由发光二极管、PNP三极管、蜂鸣器和小风扇组成。其中小风扇和蜂鸣器并联接在三极管的集电极（c极），三极管可以放大电流，从而驱动小风扇和蜂鸣器工作。其工作原理如下： 1当测量温度低于设定温度时，发光二极管截止不工作，三极管也处于截止状态，小风扇和蜂鸣器不工作； 2当测量温度高于设定温度时，二极管导通，三极管导通，b极的电流经过放大驱动蜂鸣器和小风扇工作。  以上便是整个系统的单元电路设计与分析。五、安装调试及测量数据分析 本实验在万能板上进行元件的焊接与调试，因此在完成电路设计之后，如何进行电路安装布

13、局成为了首要的工作。在备齐所有元器件之后，如何按设计图组装成电路图，各部分应放在什么位置，电路元件在板上应如何布置，这些问题都属于电路安装布局的问题。  电子电路安装布局分为电子装置整体结构布局和电路板上元器件安装布局。 1、 整体结构布局 整体结构布局应注意以下几点： a、 注意电子装置的重心平衡与稳定b、注意发热部件的通风散热 c、 注意不见得热干扰 d、注意电磁干扰对电路正常工作的干扰 e、 注意电路板的分块与布置 f、 注意连线的相互影响。强电流线与弱电流线

14、应分开走，输入级的输入线应与输出级的输出线分开走。 g、操作按钮、调节按钮、指示器与显示器等都应安装在装置的面板上h、注意安装、调试和维修的方便，并尽可能注意整体布局的美观  2、 元件在电路板上的布局元件在电路板上的布局应遵循以下原则：a、首先布置电路的集成块和晶体管的位置  b、其他电路元件的位置安排原则是按级就近布置 c、连线布置，强电流线与弱电流线应分开走，输入级的输入线应与输出级的输出线分开走。 d、合理布置接地线 调试步骤有以下几点： 1、检查电路  我首先用万用表进行焊点

15、检查，检查是否有虚焊及漏焊、错焊。同时结合电路原理图检查是否存在错接、漏接现象。经仔细检查，我发现了一处错误，立即进行了改正。 2、通电观察 实验室提供有±5V的稳压源，将电路的阳极导线、地线、阴极导线分别于电源的正极、地级、负极相连，观察电路是否有异常情况，如元器件发热、冒烟等，如出现异常，应立即关闭电源，检查并排除故障后继续进行操作。经观察，未出现异常。 3、静态调试  先不加输入信号，测量电路有观点的点位是否正常。4、动态调试 加上输入信号，观察电路输出信号是否符合要求。 5、指标测试 电路经静态和动态测试正

16、常后，即可对设计要求的技术指标进行调试。调试过程中应认真记录实验数据和现象，并针对不同情况制定相应的调试方法。  本实验的调试部分比较棘手，为了实现设计要求，控制仪的温度测量范围为-50200，并且测温精度为±1。由于铂电阻阻值为80时，温度为-50；阻值为175时，温度为200。所以调试时先在铂电阻Rt100处接上80和 175的电阻，调整电路使数码管分别显示-50和200。而调试的重点在于更换电阻R3和R5，以及调节电位器。当Rt100为80时，应调换R3，并调节与之相连的电位器，使数码管显示-50。经过多次的调试，最终R3改为16.8K,数码管显示-050。

17、 当Rt100为175时，应调换R5，并调节与之相连的电位器，使数码管显示200。经过多次的调试，最终R3改为1.2K,数码管显示200。  当测量上限与下限值调好之后，又换上其他阻值的电阻，观察数码管显示的数字。当Rt100为100时，数码管理论显示值为000，而实际为001；当Rt100为166时，数码管理论显示值为175，而实际为177。可见，电路调试已经基本符合设计要求中对测温的要求。进行设定温度与测量温度的调节设定温度是通过上图中的电位器进行设置的。我设定的温度为32，理论上当测量温度超过设定温度时，发光二极管应该工作。当我将Rt100换为166的电阻时，发光二极

18、管亮了，说明设定温度电路能够正常工作。 在之前的调试工作完成之后，我向老师要了铂电阻和蜂鸣器以及小风扇。当将铂电阻接在相应位置后，经测量观察，温度测量较为准确。  安装小风扇及蜂鸣器当我将小风扇和蜂鸣器按照原理图连接好之后，通电并对铂电阻进行加温，发现当温度超过设定温度时，更名器和小风扇正常工作，但二极管不亮。这时我有点紧张了，就赶紧查找原因，排查故障。但时间过去了不少，还是没有找到原因。情急之下我向老师求助，老师让我看看二极管是否接错了。这时我才意识到我之前所犯下的错误。之前由于个人疏忽，在改动局部电路线路时，误将二极管的负极接到了地线上，这才导致上面所说的状况

19、。在重新改好电路之后，我又进行了通电检测，这时一切工作正常，实验即将完成，心中也松了一口气。但回想起由于自己的疏忽导致的实验故障，我又感到一丝惭愧，这也很好的给我上了一课，让我在今后的学习生活中能够细致认真的完成工作六、实验注意事项及主要可能故障分析1连接电源后，不管怎样调节，一直进行声光报警。首先检查报警部分电路无误，证明控制测量电路和声光报警电路连接部分有问题，最后发现输出点跳线存在虚焊，重新镀锡后电路正常。 2轻轻敲击电路板，发光二级管会闪，同时蜂鸣器响。电路检查无误后，可以确定是控制测量电路部分有元件连接不实，转移后发现是210的电位器的原因，因为我是在电路板上焊的双孔插座（便于反复调节上下限），电位器直接插在插孔中可能接触不良，导致这种状况，在电位器管脚镀一层锡解决了此问题。 3连接电源后数码管显示不