集成温度传感器温度测量及控制系统报告书解析.docxVIP

集成温度传感器温度测量及控制系统报告书小组成员：2016年9月10日一、题目介绍主要任务：1.集成温度传感器选用AD590，为电流输出型器件，设计完成电流－电压转换主电路，信号放大电路；压频转换电路；进行三位数码管（小数点后一位）显示。2.温度设定及控制电路。3.温度超限报警电路（采用发光二极管报警，不闪烁）。技术指标：测温范围：室温~45℃控制温度：±2℃二、总体方案设计根据课题要求，我们设计了如下的方案：如上图所示，我们的设计思路是：测温系统：（上图中间部分）先将传感器AD590输出的与热力学温度对应的电流转换成以“伏”为量级的电压，再将这个电压经过平移与放大，转换成与摄氏度对应的电压，且大小适合于输入锁相环4046。通过锁相环4046实现压频转换的功能，将之前的电压转换成对应频率的方波。这样就逐步实现了电流-电压-频率与摄氏温度的一一对应关系。最后将得到的方波输入数码管显示电路就可以显示出测得的温度。报警系统：（上图左下部分）我们考虑了两种方式来实现报警功能，即比较数字信号还是模拟信号。本系统采用了比较模拟信号的方案，即将放大后的电压信号与设定的报警电压比较，后文的温度控制系统也采用了类似的方案。我们利用了减法器来作为报警电路，将与测得温度相对应的电压输入减法器的正极，将设定的报警电压输入减法器的负极，这样当实际温度比设定温度高时，减法器输出电压为正，发光二极管导通报警；当实际温度比设定温度低时，减法器输出电压为负，发光二极管不导通。这样就实现了报警功能。温度控制系统：（上图右上部分）温度控制电路为一个比较器，我们通过滑动变阻器来改变设定电压从而改变设定温度，将之与测得的电压比较。当设定温度高于实际温度时，比较器输出高电平带动发光二极管和加热线圈工作；当设定温度低于实际温度时，比较器输出低电平，二极管和加热线圈均不工作。这样该系统就能够较为精确地控制温度。三、具体内容按照要求的分工，我主要负责的部分是测温电路，放大电路和压频转换电路，但在实际工作过程中，每一部分电路都是通过两人共同探讨，相互协作才成功搭建完成的，因而得以掌握了更多的电路原理和搭线技巧。下面我将对各部分电路一一作介绍，对我负责的部分进行较为详细地说明。测温电路通过查阅资料，我得到了集成温度传感器AD590JH的相关信息：AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：1μA/K；测温范围为-55℃～+150℃；电源电压范围为4V～30V，电流变化1μA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏；输出电阻为710MW；精度高，AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。由资料可知，AD590JH完全可以达到本课题要求的测量范围和精度，线性良好。在测温电路中，可以把AD590JH当作一个电流源使用，运放采用LM324N。摄氏温度测量电路的设计必须完成两部分任务:一是将AD590JH输出的电流信号转换为电压信号,也就是电流转换为电压电路。二是将热力学温度转换成为摄氏温度,即绝对温度转换为摄氏温度电路。经过这两步转换，测温电路可以确定电压信号与摄氏温度的对应关系。上图利用差分电路的特点，将上得到的温度信号经U2A缓冲隔离后，在U2B的同相端和反相端进行相减，输出与摄氏温度成正比的电压。调节滑动变阻器使0℃时，=0，可扣除273.15的常数项，从而实现摄氏温度的测量。放大电路放大电路部分是一个同相比例运算电路，运放采用LM324N。同相比例运算电路的输入信号从运放的同相输入端输入。由=0得=，由=0得，由得。由此得出，从而实现电压的放大。按照理论计算，我们搭建的放大电路的放大倍数为16倍，与实测值基本相符。另外理论上，平衡电阻的阻值应等于与并联后的阻值，但实际搭线过程中没有完全合适的电阻，采用了近似阻值的电阻替代，误差基本可以忽略。压频转换电路锁相环4046的作用是将输入的电压转化为成正比的频率。即输出的频率，其中比例常数k由接入芯片的电阻和电容的值所决定的。由于k由和决定，所以在后续的调节过程中，我们通过更换不同值的电阻和电容来调节斜率k。由于CD4046的电压‐频率外特性随个体有明显差异，我们并没有查阅到相关的经验公式，只能在调试过程中自行摸索其特性。根据在调节时得到的经验，电容的值对斜率k的影响远大于电阻的值的影响，所以我们先确定了合适的电容，继续改变电阻的值直到得到合适的斜率。经过调试，压频转换电路的最终参数为，。显示电路三位数码管显示电路的作用是将之前得到的与温度一一对应的方波频率进行计数以及显示。从左到右依次由四部分组成：D触发器电路、计数