数控温度检测报警电路的设计.doc

设计任务与技术要求 1. 测量温度范围为00C～990C， 2. 手动设定任意所需温度基准，数字显示，增减可调，精度10C。 3. 温度超过设定值时，产生报警信号，报警方式：声光报警。 二、总体方案设计 在本系统的总体设计中选择如图-1所示方案： 图-1总体设计方案原理方框图 总体设计中的主要思想：温度传感选用高精度摄氏温度传感器LM35进行数据采集，DA转换部分使用集成芯片DAC0832；二进制到8421BCD码的转换用74LS192实现；显示译码部分用4513和七段数码管实现；温度控制范围设定采用数字设定方式，用十进制可逆计数器74LS192；温度的判断比较通过数值比较器LM339实现。声光报警利用555定时器构成多谐振荡器组成。 1.温度检测：温度传感器/温敏器件，将温度(物理量)转换成对应的电压（电量）。 2.数字量产生：为了实现报警温度的数字控制，由数字产生电路产生预置报警温度所需的数字量（2位8421BCD码）。 3. 译码、显示：选输入是8421码，译码输出的七段现实码的译码器，及LED数码管显示，将产生的数字量直接译码并以数码形式显示。 4. D/A转换、放大：将数字量转换为模拟量（电压量）。 5. 比较模块：将设定数字量所对应的电压量与检测温度对应的电压量比较经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制声光报警模块，当检测温度达到或超过设定报警温度时即产生声光报警。 6. 报警模块：不同检测温度经过电压比较器与所设温度对应的数字量，输出高低电平指示信号。当输入信号为低电平时，报警电路不工作。当有高电平信号输入时，多谐震荡电路开始工作。发光二级管点亮，并发出蜂鸣报警，即发生报警。 三、单元电路设计及分析 1.温度检测模块 硬件组成：LM35温度传感器 温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。 a.方案的论证与选择 方案一：采用二极管做温度传感器 晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度较高。测温范围为-50—+150℃。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。 方案二：用LM35做温度传感器 LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0℃开始。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50μA），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。LM35具有以下特点： （1）工作电压：直流4～30V； （2）工作电流：小于133μA （3）输出电压：+6V～-1.0V （4）输出阻抗：1mA 负载时0.1Ω； （5）精度：0.5℃精度（在+25℃时）； （6）漏泄电流：小于60μA； （7）比例因数：线性+10.0mV/℃； （8）非线性值：±1/4℃； （9）校准方式：直接用摄氏温度校准； TO-46 晶体管封装或塑料TO-92 晶体管封装； （11）使用温度范围：-55～+1℃额定范围传感器电路采用核心部件是 LM35AH，供电电压为直流15V 时，工作电流为120mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。电压输出采用差动信号方式，由2、3 引脚直接输出，电阻R 为18K 普通电阻，D1、D2 为1N4148。传感器电路原理如图采样值的准确量化是温控电路正常工作的关键，这里采用以下换算办法来进行量化。 设经过信号调理后的电压为Ui，则已知－10V 对应的温度为－55℃，10V 对应的温度为125℃，易求得比例因数Kt＝0.111V/℃。 温度为0℃时，ΔT＝55℃（即相对于－55℃的变化量）。 图传感器电路原理图 Ui 转换为数字量后，每个数字量对应电压值为4.883mV，（由12 位AD，满量程20V 可得），用Ks 表示。可求得数字量变化与温度变化的对应关系： ＝（0.111V/℃）/（4.883mV/数字量）＝22.73 数字量/℃ 当ｔ＝0℃时，AD 输出的数字量D0 = 0+55℃×22.73 数字量/℃＝1250＝04E2H。图为置数端为加计数端为减计数端,/TCu为非同步进位输出端,/TCd