温度测量数显控制仪的设计实现电子电路综合实验实验报告.doc

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1、电子电路实验15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：20110821学号：2011082105姓名：高晨宇成绩：日期：2014.6.3一、摘 要热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到控制装置或者其他仪表上，以此来打到温度测量的目的。目前应用范围非常广泛，比如：医疗、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备。本次实验，温度测量数显控制仪的设计实现包括：温度采集模块、电阻电压转换模块、A/D转换模块、控制电路模块、显示电路模块等五个模块组成。温度采集传感器采用热敏类电阻铂 Pt100，Pt100阻值在0时为100欧姆，并且会随着温度上升而

2、成匀速增长的。A/D转换器用ICL7107（双电源5V供电,适合驱动发光二极管显示）。蜂鸣器和发光二极管能够在测量温度大于等于控制温度时发出报警，并启小风扇进行散热。数码管能够显示测量温度和控制温度，范围为-50200，其测量误差为1。整个系统设计简便，灵敏度较高，工作状态较为稳定，可应用于室温测量和-50200以内的温度测量。二、设计任务2.1 设计选题选题15 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仪器测量温度的范围为-50200，能够对温度值进行数字显示（可显示温度测量值和设定温度值两种），其测量误差为1。当超过某

3、一设定温度上限值时（如30 ）能声光报警，并启动小风扇降温。三、方案设计与论证 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Pt100，A/D转换器用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，Pt100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数

4、字显示译码、驱动A/D转换模块温度传感器电源基于ICL7107的温度测量控制原理方框图 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。 缺点：电路所用元器件较多，调试比较复杂。四、电路单元参数的选定和设计实现1、温度采集（传感器）采用Pt100热敏电阻将温度变化转换为电阻值的变化：温度是0，阻值为100；温度是-50，阻值为80.31；温度是200，阻值为175.842、电阻电压转换电路当t=-50时，运放的输出电压为 Uo=(1+80.31/33) 0.3=1.03V当t=200时，运放的输出电压为 Uo=(1+175.84/33) 0.3=1.90V在-50 200，输出电

5、压在1.01.9V间。在电阻/电压转换电路后，接一电压跟随器，提高带负载的能力。3、A/D转换器采用美国Harris公司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10V的自动校零功能，零漂小于1V/，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。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

6、部时钟振荡器的外接电容、电阻。 振荡频率 f=0.45/R6C5R6=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。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。4、电压比较器 用于控制加热设备或制冷设备的通断。 切换开关K置于1挡

7、时，仪表显示测量值； 置于2挡时显示设定温度。 当测量值低于设定值时，比较器正饱和，使三极管由截止状态变为饱和状态，蜂鸣器、发光二极管、风扇工作。5、数码管、LM3246、系统总的电路图五、装调测试过程1、检查元器件，在元器件都完好的情况下，焊接电路2、测量室温25，Pt100对应阻值109.8，信号采集电路、电阻电压转换电路接入电源后V+=5.02V V-=5.00V测量IN60两端V=0.318V，约等于二极管的工作电压0.3V计算109.8是所对应的电压值 V=(1+109.8/33)*0.318=1.376V测量LM324的1管脚V1=1.398V 7管脚V7=1.396V当温度为-5

8、0时，电阻为80.3，理论电压1.03V测量V1=1.107V V7=1.104V当温度为200时，电阻为175.84，理论电压1.90V测量V1=2.04V V7=2.04V当温度为0时，电阻为100，理论电压1.282V测量V1=1.300V V7=1.298V由此可知这两个模块是可以实现功能的3、根据T=(IN+ -IN-)/Uref，可以计算得到IN=1.29V Uref=3.62V，将IN-和Uref+调节至理论电压，调节后IN-=1.29V Uref+=3.67V当温度为200时，显示200IN+=2.03V T=(IN+ -IN-)/Uref=201当温度为-50时，显示-50I

9、N+=1.300V T=(IN+ -IN-)/Uref=-50.95设定控制电压40，此时室温29，Pt100阻值为111.5，数码管在开关为1时显示29，在开关为2时显示40测量IN+=1.406V IN-=1.295V Uref+=3.67V(IN+ -IN-)/Uref+ * 1000=30.2V未报警时 Vc=-4.57V Vb=3.89V Ve=0V V7=1.406V V9=1.407V V10=1.447V V8=3.80V报警时，Vc=-0.083V Vb=-0.863V Ve=-0.003V V9=3.90V V10=1.497V V8=-3.60V 六、实验注意事项及主要可

10、能故障分析1、实验前做好准备工作，焊接时仔细认真，避免虚焊，焊接错误2、LM324接入电源前要检查电路，看好+5V和-5V的接入3、调节前最好先理论计算，可以帮助电路调节4、误差分析：测量误差在于ICL7107部分电路的调节，由于电位器的误差和电位器不能精确调节，导致在0是IN+和IN-有微小的电位差0.009V左右，但根据公式算得T=2.45，并且电压不能稳定，会在1 2之间跳动，造成一定误差。数码管按要求只能显示整数温度，导致数码管示数跳动，并且与实际算取数据有差别电位器不能精确调节，万用表精度不够，不能准确调到50 和200是Pt100所对应的阻值，导致实验有误差实验焊接导致电阻偏差，定值电阻本身有一定误差致使IN+不是随温度变化呈线性变化，致使温度不准确。七、参考文献【1】闫石数字电子技术基础高等教育出版社2006年5月第五版【2】阳昌汉谢红宫芳高频电子线路高等教育出版社2006年2月第一版【3】谢红模拟电子技术基础哈尔滨工程大学出版社2013年1月第一版