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温度测量与控制课程设计.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：5.09M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    电子技术课程设计 电 子 技 术 课 程 设 计 成绩评定表 设计课题 ： 温度测量与控制 学院名称 ： 电气工程学院 XXXXXX 贾科琼 XXXXXX XXXXXX 2017-6～2017-7 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 指导教师意见： 成绩: 签名： 年 月 日 1
    电子技术课程设计 电 子 技 术 课 程 设 计 设计课题 ： 温度测量与控制 学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 贾科琼 2017-6～2017-7 2
    电子技术课程设计 电子技术 课程设计任务书 学生姓名 贾科琼 专业班级 学号 题 目 课题性质 指导教师 主要内容 （参数） 任务要求 （进度） 主要参考 资料 温度测量与控制 电子线路 课题来源 老师提供 （1）对温度进行测量、控制并显示，首先必须将温度的度数（非电量）转换 成电量，然后采用电子电路实现题目要求，该过程需要用到温度转换器以及 A/D 转换器。 （2）恒温控制：将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压 VREF，用实际测 量值 Iv 与 VREF 进行比较，比较结果（输出状态）自动地控制、调节系统温度， 该过程涉及到电压比较器。 （3）报警部分：设定被控温度对应的最大允许值 Vmax，当系统实际温度达到此 对应值 Vmax 时，发生报警信号，这一步骤联系到温控电路和声光报警器电路 （4）温度显示部分采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应 VREF 报警温度对应值 Vmax，此为较关键的一步，需要转码电路，显示电路以及加 热电路。 第 1-2 天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。 第 3-6 天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件 参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。 第 7 天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、 方案合理、设计正确，篇幅合理。 [1]、《电子技术实验》 郝国法 粱柏华 编著 冶金工业出版社 2007 年 4 月第 1 版 [2]、《电子技术基础（模拟部分）第五版》康华光 主编 高等教育出版社 2006 年 1 月第 5 版 [3]、《电子技术基础（数字部分）第五版》康华光 主编 高等教育出版社 2006 年 1 月第 5 版 [4]、《数字电子技术》 吴建国 张彦 主编 华中科技大学出版社 2010 年 8 月第 1 版第 1 次印刷 [5]、《数字电路课程设计及实验》李维 主编 大连理工大学出版 2008 年第 1 版 3
    电子技术课程设计 审查意见 系（教研室）主任签字： 年 月 日 目录 一、温度测量与控制电路设计任务...................................................... .……..5 1.1 设计题目及要求 .................................................................................5 1.2 设计思路............................................................................................... 5 二、设计方案...................................................... ……………………………...6 2.1 方案分析 .............................................................................................6 2.2 方框图 .................................................................... …………………7 2.3 功能说明 ..................................................................... ……………...7 三、电路设计.................................................................... ………………..…...8 3.1 温度转换器 .................................................................... ……….…..8 3.2 A/D 转换器 .................................................................... … ……….....9 3.3 电压比较器 ................................................................... ….……..…..10 3.4 温控电路 .................................................................... .….…….…….11 3.5 声光报警器..................................................................... ….…….……12 3.6 转码电路.................................................................... .…….……….…13 3.7 显示电路..................................................................... ….…………....14 3.8 加热电路..................................................................... ….…................15 四、 整机总电路原理图....................................................................................16 4.1 整机电路图........................................................................................ .16 4.2 元件清单.................................................................... ….……………18 五、心得体会................................................................... ….…….……………19 六、参考文献................................................................... …….….……………20 4
    电子技术课程设计 一、温度测量与控制电路设计任务 1．设计任务与要求 在工农业生产和科学研究中，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。 要求： （1） 被测温度和控制温度均可数字显示； （2） 测量温度为 01200C，精度为0．50C； （3） 控制温度连续可调，精度1OC； （4）温度超过额定值时，产生声、光报警信号。 2. 设计思路 （1）对温度进行测量、控制并显示，首先必须将温度的度数（非电量）转换 成电量，然后采用电子电路实现题目要求。可采用温度传感器，将温度变化转换 成相应的电信号，并通过放大、滤波后送 A/D 转换器变成数字信号，然后进行译 码显示。 （2）恒温控制：将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压 VREF，用实际测 量值 Iv 与 VREF 进行比较，比较结果（输出状态）自动地控制、调节系统温度。 （3）报警部分：设定被控温度对应的最大允许值 Vmax，当系统实际温度达到此 对应值 Vmax 时，发生报警信号。 （4）温度显示部分采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应 VREF 报警温度对应值 Vmax。 5
    电子技术课程设计 二、整体构思和方案选择 2.1 方案分析 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 6
    电子技术课程设计 2.2 方框图 被测量控制 系统 温度传感器 放大器 低通滤波器 译码驱动显 示电路 A/D 转换器 S 执行机构 调温控制电 比较器（Ⅰ） VREF 路 扬声器或蜂 鸣器 报警控制电 路 比较器（Ⅱ） Vmax R LED 图 2 2.3 功能说明 温测量与控制电路是在实际应用中相当广泛的测量电路。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，从基本的单元电路出发，实现了温 度测量与控制电路的设计。 总体设计中的主要思想：一、达到设计要求；二、尽量应用所学知识；三、 设计力求系统简单可靠，有实际价值。温度传感采用热电偶和温度补偿原理。将 设计分为 2 部分，温度传感部分以及温度控制部分；二进制到 8421BCD 码的转 换用 EEPROM 281024 实现；显示译码部分用 74LS48 和数码管实现；温度控制 范围设定采用数字设定方式，用 74LS160 十进制加计数器和锁存器 74LS175 实 7
    现；温度的判断比较数值比较器 74LS85 的级联实现；通过使用 74LS160 和 ADG508F 实现了多路温度循环监测功能。声光报警加入了单稳态。温度控制执 行部分采用 555 构成的单稳态电路，提高了加热系统与降温系统的稳定性和实用 电子技术课程设计 性。 三、电路设计 3.1、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。 常见铂测温电阻的标称电阻值为 100Ω，温度系数是 3850×10-6/℃。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=R1ΔRVIN /(R1 +R0 +ΔR)(R1 +R0 ) 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。线性校正电路: 恒压工作时，在传感器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 3，在电路中，把运算放大器 A 2 的输入 反馈到输入端 V in ，反馈量由 R 3、VR 3 、R 4 决定，而且是串联加到 V in 。 这样 V out 大，对传感器所加的电压 V B 也大，结果使得 V out 变小，实现了线 性校正。 8
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