一、设计题目
温度控制器的设计
二、设计任务与要求
设计任务和要求
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：
① 被测温度和控制温度均可数字显示。
② 测量温度范围为C 0?~C ?100，精度为C 0.5±?。
③ 控制温度连续可调，精度为C 1±?。
④ 温度超过额定值时，产生声、光报警信号。
二、题目分析和内容摘要
题目分析：
温度（temperature ）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。准确测量和控制温度，在科学实验中十分重要。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，实现温度测量与控制电路的设计。
内容摘要：
随着数字化时代的到来，用传统的水银或酒精温度计来测量温度，不仅测量时间长，计数不方便，而且功能单一，已经不能满足人们的要求。于是提出测量电路传感器监测外界温度的变化，利用A/D 转换实现模拟信号与数字信号的转化，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后输出电压与温度值的关系，并通过数码管显示当前值，使
其与温度数值上相等，从而实现温度的测量。
三、整体构思和方案选择
方案选择：
方案一：如图1所示，温度传感器模块将温度线性地转变为电压信号，经过放大电路，一路输入给A/D转换器，经过译码进行数字显示另一路与滑变分压电路相连，由此设定控制温度上下限，经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。
方法二：如图2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
图2
综合两个方案的的比较，我觉得第二个方案比较可行。
整体构思：总体设计框图如下图3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、加热电路。
图3
五、具体实现和各部分定性说明及定量计算各模块设计：
1.温度传感器：
a)铂测温金属：
金属具有随着温度的升高电阻值增大的特性，电阻率与温度的具体关系为：
ρ=ρ0（1+αt），其中ρ0为零度时导体的电阻率，α为导体的温度系数。利用金属的这一特性，我们可以通过监测金属电阻的变化实现温度测量。制作测温电阻的材料除了铂以外还可以是铜活镍等，而铂的纯度大于99.999%，是最佳的测温材料。
b)测温基本电路:
电路的输出: E
out =R
1
ΔRV
IN
/(R
1
+R
+ΔR)(R
1
+R
)
由于分母中有ΔR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。
2、A/D转换器
利用集成芯片AD574，再结合两片74LS283（4 位二进制超前进位全加器）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℃.
3、电压比较器
LM324是运放集成电路，电路模型如图4所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
图4
4、控制电路
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5
5、声光报警器
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。该设计的发声频率为：
f=1.44/[(R
1+2R
2
)C
1
] ≈10KH
Z
所以，发声持续时间： T=1/f≈1×10-4s。如图6所示
图6
6、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。
7、显示电路
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。