温度的检测与控制

1、 题 目：温度的检测与控制 学院（系、部）： 研究生院 专 业： 电路与系统 学 生 姓 名： 胡 群 学 号： 2012080912 二一三年六月一、设计任务与要求温度是表征物体冷热程度的物理量，在工农业生产或科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动地控制、调节该系统的温度。下面设计并制作对某一系统的温度进行测量与控制的电路。电路要求为：被测温度和控制温度均可数字显示。测量温度范围为0120，精度为0.5。控制温度连续可调，精度为1。温度超过额定值时，产生声、光报警信号。二、硬件设计1、总电路图系统框图如图1所示，温度传感器用来测量被测体的实时温度并转换成电压信号，该电压信号经

2、过滤波放大电路，成为有用信号分两路进入后续电路：一路进入A/D转换电路将其转换成数字信号显示；电压信号的另一路进入电压比较器，与输入控制温度电压信号进行比较，比较结果信号将驱动温度控制装置工作，对被测体的温度进行实时控制，电压比较器的比较结果将决定是否发出声光报警。此方案是将测量温度与输入控制温度转换成电压信号进行比较，从而实现了温度的控制。图1整体构思：总体设计框图如下图2所示，从温度的采集到与设定温度的比较，再到控制过程都是模拟信号，在显示电路中，将模拟信号转换成数字信号显示。主要由以下几个模块构成：温度传感器、A/D转换器、电压比较器、控制电路（温控电路）、声光报警器、转码电路、显示电路

3、、加热电路。图22、各模块设计：1）温度传感器：a)铂测温金属：常见铂测温电阻的标称电阻值为100，温度系数是385010-6/。标称值的误差影响偏置，而温度系数的误差影响增益。温度跨度越大误差也越大。标称值的误差可用一点调整，而温度系数的误差要由间隔温度的两点调整。当要求很细微的调整温度时，要选用温度系数一致的传感器。b)测温基本电路:电路的输出: Eout=R1RVIN /(R1 +R0 +R)(R1 +R0 )由于分母中有R项的存在，在恒定条件下工作除了传感器的非线性误差外，还有恒压电路产生的误差，使得误差变得更大。为此在恒压下工作必须要有线性校正电路。线性校正电路：恒压工作时，在传感器

4、自身的非线性误差上还有一个由恒压工作带来的非线性误差，不进行校正就无法实现该精度测量。校正的方法采用正反馈线性校正。如图4，在电路中，把运算放大器A2 的输入反馈到输入端Vin，反馈量由R3、VR3、R4 决定，而且是串联加到Vin。这样Vout 大，对传感器所加的电压VB 也大，结果使得Vout 变小，实现了线性校正。图32）A/D转换器利用集成芯片AD574，再结合两片74LS283（）构成。该方案工作原理是先将模拟量转换成9位二进制数，再将最低一位和前八位相加这样就可以将测量精度提高到0.5。图43）电压比较器LM324是运放集成电路，电路模型如图5所示。它的内部包含四组形式完全相同的运

5、算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图7所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端；Vi+（+）为同相输入端。 LM324的引脚排列见图7。 图5 图64）控制电路（温控电路）由于通过温度传感器测得温度后，将温度值转化为电压值，因此，利用电压值之间的大小关系就可以控制温度的大小。我们调节温度是将其转化为电压的形式，通过改变电压值来实现控制温度与被测温度的比较。所以，利用刚才介绍的LM324电压比较器来完成控制电路的核心控制，由于比较器最小输入电压差

6、为40mV，而温度测量中输出电压精度在5mV，因此需要加大电阻以提高电压值，以实现两个电压的正常比较。控制电路图如下：图7温度控制选择可通过电位器W2来实现。通过调节W2可使其中间头的电压在01.2V之间的范围内变换，对应的控制温度范围为0120，完全可以满足一般的加热需要。将开关K打在2的位置，电位器W2中间头的电压经过电压跟随器A后送到数显表头输入端来显示控制温度数值。调节电位器W2，数显表头所显示的数值随之变化，所显示的温度数值即为控制温度值。电位器W1为预控温度调节，其电压调节范围为00.27V，对应可调节温度范围为027此电位器调整后，其中间头的电压与电位器W2中间头的电压分别送入比

7、较放大器B(放大倍数为1）的反相及同相输入端，B输出端的电压为二输入电压之差。此电压对应两个设定的温度值之差。当温度传感器输出的电压小于B的输出电压时，C输出高电平。当温度传感器输出的电压大于B的输出电压而小于A的输出电压时，表明实际温度已接近控制温度，C输出低电平，电压比较器D输出高电平。当实际温度上升到100以上时，温度传感器的输出电压大于1V，电压比较器D输出低电平。5）声光报警器该报警装置如图8所示，主要构成器件为555定时器集成芯片。它组成的多谐振荡器再加上发光器件和扬声器，就构成了此声光报警器，当前置电路产生的逻辑信号为高电平时，则该声光报警装置工作，发出声光报警。该设计的发声频率

8、为： f=1.44/(R1+2R2)C1 10KHZ所以，发声持续时间： T=1/f110-4s图8当测温电路测量出温度时，信号传送至RST端即可，电路如图9：图96）转码电路当电压信号经过A/D转换器转换后变成了8位二进制的数字信号，而后续电路需要的是8421BCD码，所以需要进行码制转换。我们选用集成芯片74185来实现这个功能,如图10是74185的元件图：图107）显示电路如图11所示，为控制温度的显示电路。这里采用的是七输入数码管，即七段显示数码管，这种数码管有共阴极和共阳极之分。应用此种数码管时，必须前置译码电路，即7448N七段数码显示译码器。 图118)加热电路图12加热电路如图12，当温度传感器输出的电压小于B的输出电压时，C输出高电平，可控硅T1因获得偏流一直导通，交流220V直接加在电热元件两端，进行大功率快速加热。当温度传感器输出的电压大于B的输出电压而小于A的输出电压时，表明实际温度已接近控制温度，C输出低电平，可控硅T1因无偏流处于截止状态，电压比较器D输出