溫度的测量和控制12.docVIP

Hefei University Hefei University Hefei University 2014年合肥学院电子设计竞赛项目报告 设计题目： 温度的测量和控制_______ 小组成员 ： 夏克文 12通信1班 120502100 王 蝶 12通信1班 1205021001 李加林 12通信1班 1205021001 完成时间： 2014年 3月 10日_______ 温度的测量和控制 摘要：温度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及其基本的温度传感器知识，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。温度传感选用高精度摄氏温度传感器LM35进行数据采集，通过UA741芯片构成同相比例器实现放大。AD转换部分使用集成芯片AD5740；二进制到8421BCD码的转换用EEPROM 281024实现；显示译码部分用4511和七段数码管实现；温度控制范围设定采用数字设定方式，用十进制加计数器74LS160和锁存器74LS175实现；温度的判断比较通过数值比较器74LS85的级联实现。声光报警利用555定时器构成多谐振荡器组成。温度控制执行部分采用继电器控制的加热制冷装置来实现。此模块的存在，提高了该系统在工业上的实用性。 关键字：温度测量、A/D转换、温度控制、声光报警、译码显示、555定时器 目标要求 一、任务 设计并制作一套温度测量和控制电路，用装满水的常用水壶做为被加热对象，常用加热器作为电热元件，分别用温度传感器、标准温度计来测量温度、对比温度，通过电路调节加热功率，使电热元件温度在30℃~80℃范围内可调并达到设定温度值。 二、要求 1． 基本要求 （1） 设计一个温度测量电路可以实时监测被加热水的温度； （2） 设计三个指示温度的LED灯，绿色灯“亮”指示温度(40±1)℃、黄色灯“亮”指示温度(60±1)℃，红色灯“亮”指示温度（80±1）℃，并在温度达到80℃时报警； （3） 先将电热元件温度稳定地控制在40℃（保持至少1分钟）；然后快速升温至60℃，并将温度稳定地控制在60℃（保持至少2分钟）； （4） 以数字方式显示温度值，误差1℃。 2．发挥部分 （1）加一个直流风扇做为散热降温装置，与加热电路共同调节使电热元件温度由60℃快速降低到40℃，并将温度稳定地保持在40℃； （2）将电热元件温度稳定地控制在30℃～80℃之间的任一设定值，要求升温或降温时间尽量短； （3）改进电路，使误差尽量小。 1.系统整体设计 如图1-1-1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转换电路，经过译码进行数字显示,另一路与数字比较器相连，由此设定控制温度上下限，经过数字比较器，输出指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。主要采用数字逻辑芯片数字比较器、锁存器等控制实现，其工作的稳定性、准确性和功能扩展性较强。 1-1-1总体设计框图 2.单元电路设计 2.1 温度传感模块 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。 我们采用的是选择用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温度传感器其输出电压与摄氏温标呈线性关系，0℃时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。转换公式如下： 其电路图如下2-1-所示。 图2-1-4 温度传感模块电路图 温度传感器LM35单端接电源，经过同相比例器放大输出。根据所选AD转换器的芯片参数，放大倍数选择为3。其具体参数计算如下： 选择适当的电阻值可以有不同的放大倍数，着有效的增加了此模块移植性。 2.2数字显示与温度范围控制模块 2.2.1方案的论证与选择 经分析，数字显示与温度范围控制模块的核心主要有两部分： （1） A/D转换部分 采用集成芯片AD574A作为模数转换芯片，AD574A 是美国模拟数字公司（Analog ）推出的单片高速12