电子综合

电子电路综合设计

选题三： 温度测量数显控制仪的设计实现

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2 摘 要

本设计主要是设计实现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。

由温度传感器Pt100完成温度测量,利用电阻/电压转换器将温度转化为电压信号，采用ICL7107完成温度的转换、输出、显示并采用电压比较器实现声光报警和启动风扇降温。系统具有数码管实时显示温度值，当温度大于设定值时可以驱动风扇降温及声光报警等功能。

本系统具有集成度高、可靠性强、抗干扰性强、体积小、功耗低、性价比高等特点。并且在日常生活和工程领域经常用温度控制来解决相应的问题。

关键词：温度采集传感器Pt100、ICL7107、电阻/电压转换器、声光报警、风扇

3 目 录

1 课题的任务与要求 ........................................................................ 4

2 系统概论......................................................................................... 4

2.1设计方案比较与选择 .......................................................................................... 4

2.2详细方案描述 ..................................................................................................... 5

3 单元电路设计与分析 .............................................................................. 7

3.1温度采集 .............................................................................................................. 7

3.2电阻/电压转换器 ................................................................................................ 7

3.3 A/D转换器 ........................................................................................................... 8

3.4 控制电路 ........................................................................................................... 10

3.5 显示电路 .......................................................................................................... 12

4 安装调试及测量数据分析 .............................................................................. 13

4.1安装调试步骤 ................................................................................................... 13

4.2实验现象 ........................................................................................................... 13

4.3测量数据 ........................................................................................................... 13

4.4出现问题及解决方法 ....................................................................................... 13

4.5结果分析 ........................................................................................................... 14

5 结束语 ............................................................................................................... 14

5.1设计制作的结论性意见及收获体会 ............................................................... 14

5.1改进意见及鸣谢 ............................................................................................... 14

6 附录 .................................................................................................................... 15

附1: 总电路图 ....................................................................................................... 15

附2: 参考文献 ....................................................................................................... 15

附3: 元器件表清单 ............................................................................................... 16

4 一. 课程设计的任务与要求

1、设计题目（选题三）

温度测量数显控制仪的设计实现

2、选题背景

温度控制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，经常采用铂电阻来实现温度的采集与控制调节。

3、设计任务与要求：

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

a.该仪器测量温度的范围为-50～200℃,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℃。

b.当超过某一设定温度上限值时(如30℃)，能声光报警，并启动风扇。

4、设计目的

a、了解温度采集传感器Pt100的工作原理，掌握其工程设计使用方法。。

b、 掌握模数转换、电阻电压转换及数码显示电路的设计构造方法。

c、掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识进行初步工程设计与实际装调系统电路的能力。

二.总体设计思想

2.1设计方案的比较与选择

方案一、基于ICL7107的温度测量数显控制仪

本设计主要由温度采集、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类电阻铂 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),显示用共阳极数码管显示, 电阻/电压转换器用同相输入的运放搭建。

由于ICL7107能直接驱动共阳极LED数码管,不需要另加驱动器件所以电路简单。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。

系统框图如下：

温度传感器 A/D转换器 译码、驱动

电源 数字显示 风扇降温 光电控制 5 方案二、基于AT89S51的温度测量数显控制仪

本设计应用单片机实现。AT89C51单片机是采用CHMOS工艺的8位单片机，它具有低功耗、高性能等特点。设计时利用热敏类电阻铂 Pt100进行温度采集,利用电阻电压转换器将采集到的温度变换转化为电压信号，51单片机控制A/D转化器将电压信号转化为数字信号并驱动数码管显示采集到的温度。当测量温度高于设定温度时，驱动三极管进行声光报警并启动风扇进行降温。

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。

系统框图如下：

`

两个方案的比较： 对于方案一，电路简单，原理容易理解，与方案一相比实现起来方便，节省费用，性价比高。但是实现的智能化程度、精度不如方案二，且调试比较复杂,耗时比较多。对于方案二利用软件编程的方法对系统进行控制时调试比较方便，且精度及可靠性高。但使用51单片机，对编程水平要求高，且总体完成后的价钱高于方案一，即性价不如方案以一。

从总体上比较，方案一实现起来比较容易，性价比高，且可以达到设计任务的要求，一般生活环境中，这样设计出来的产品能够满足实际需求，实用性高，就不需要智能化高的单片机产品，所以选用方案一。

2.2详细方案描述

1、设计电路由温度采集、电阻/电压转换器、控制电路和显示电路组成。

2、温度采集传感器采用热敏电阻铂Pt100。

3、A/D转换器用ICL7107（双电源±5V供电，适合驱动发光二极管显示）。

4、采用共阳数码管显示。

a、 温度采集模块：采用温度传感器为Pt100,这是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在-200～650℃的范围,本电路选择其工作在-50～200℃范围。利用这种线性关系，可以组成温度测量电路。从这个电路中将会得到跟随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。

b、电阻/电压转换电路：老师建议选择LM324。温度对应的电阻值经过运放输出电压，并将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大。 Pt100温度采集

AT89S51 电压跟随器 A/D转换器

数码管 高于设定值

高于设定值 风扇降温

光电控制