热敏电阻测温电路设计

电子设计大赛论文

（B组）

热敏电阻测温电路设计

第三十组

K3队

组队成员：顾代辉黄龑罗程2010年5月23日

摘要：科技发展，很多工业化的生产都需要温度测量，这使得温度测量仪器变成一个很重要的东西。下面我们将题目所给的温度测量电路进行分析和改动设计。题目所给图是一个在工业场合的温度测量系统，采用RTD电阻温度检测器。通过分析可知，

R两端分到

ref

的电压即为

V,Vo3输出的电压即为NTC两段分到的电压。而要求我们设计的电路所用的

ref

是NTC负温度系数热敏电阻器。题目要求我们将电流产生电路的电流控制在0.1m A。这里我R改成25k。对于滤波电路，我们设计各个参数使得其截至频率在100Hz左

们简单的将

ref

右，就能滤掉1000HZ的干扰信号；对于基准源，我们都用基本的连接方法，输出电压为2.5V；对于稳压管，输出电压为恒定的5V；对于串口连接，我们用到MAX232芯片其中一个接口，与单片机的RXD/TXD连接传输数据。

关键词：温度传感器AVR 串口显示

I．电路分析

（1）

电流产生电路分析：

首先对于运放A1，由虚短和虚断，可知

1112

11120V V I

I === 有：1121221

0O V V V R R --= 可解得：1121122=O V V V =

即第一个运放功能为将信号放大两倍。

对于运放A2,同理，有

2122

21220V V I I ===

有:221O V V =可见，运放A2是一个电压跟随器。 又：24211234()2

REF O REF O O V V R V V V V R R -⨯+=+=+ 11122O REF O V V V V ==+

故：REF R 两端分到的电压为

122R O REF REF O O REF V V V V V V V =-=+-=

由此可见：

REF R 两端分压恒为基准电压REF V ，只要基准电压和REF R 的值不变，则通过

REF R 的电流REF REF V I R = 2.512.5mA k ==为恒定值，该电路的作用为产生恒定电流。 由于3233p n V V V ==，故Rline 和R6相当于并联，

66'1001R R I I Rline ==，故100'101

I I I =≈ 故可认为恒定电流I 都通过热敏电阻RTD 。

运放A3以及NTD 分析：

由叠加法分析，当31V 接地时，033131317100'6100R k V V V V R k

=-=-=- 当32V 接地时，03323276100100''26100R R k k V V V R k

++=== 故0303033231'''2V V V V V =+=- …………………… ①

而32()'RTD V Rline R I =+⨯ …………………… ②

31(2)'RTD V Rline R I =+⨯ …………………… ③

将②和③代入①得03'RTD RTD V R I V =⨯=

即03V 为RTD 两端端电压，与Rline 的值无关，故Rline 不影响测温精度。

二阶有源低通滤波电路：

采用s 域模型 101111

O VF P V R R A V R +==…………………… ④ 92

1p A p V V V R sC -= ，即921A p V V sR C =+…………………… ⑤ 对于A V 节点，应用KCL 可得

3189

()0o A A P A O V V V V V V sC R R -----=…………⑥ 联立④⑤⑥得传递函数： 1289

20318282912891()1111[(1)]VF o VF A V C C R R A s V s A s C R C R C R C C R R ==+++-+=222VF C C C A w w s w Q ++ 其中1289

1C w C C R R =Q 为品质因数 若8R =9R =R ， 1C =2C =C

则传递函数化为203()1(3)()

o VF VF V A A s V A sCR sCR ==+-+ 1C w RC

=

，13VF Q A =-

截止频率2C C w f π

=

则22222()VF C O C C C C A w A A s w w s w s w Q Q

==++++ 用s=jw

代入上式得该滤波电路的幅频相应函数为：

()120lg ||20lg o A jw A = 相位响应函数为：2/()()arctan

1()C C w w Q w w w ϕ=-- 由于温度变化不会很快，所以热敏电阻的电压的频率不会很大，该电路能滤掉高频干扰信号，取适当的电阻电容值就能实现功能，例如让品质因数Q ≈0.707，截止频率C f ≈100Hz, 频率大于C f 时幅频相应函数斜率为-40dB/十倍频程，即可滤掉1kHz 的干扰信号。

（2）

AD 转换器原理：输入电压首先与D/A 器输出电压

2REF V 相比较，若2REF O V V ≥/2，比较器输出为1，若2

REF O V V ≤，比较结果存于数据寄存器的Dn-1位。移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已存1，则此时o V =34REF V 。于是1V 再与34REF V 相比较，如134REF V V ≥，则次高位Dn-2存1，否则Dn-2=0；如最高位为0，则0

4REF V V =/，与O V 比较，如14REF V V ≥，则 Dn-2位存1，否则存0……。以此类推，逐次比较得到输出数字量。

由AD 转换原理可知：AD 输出的二进制数的值为：

22n n o RTD REF REF

V V D V V =⨯

=⨯…………………… ⑦