温度测量与控制设计

设计报告

电子基本技能大赛——

温度测量与控制装置

学院信息学院

专业电子信息工程

班级 1202班

组员李光涛

梅笑寒

石鑫麟

课题为温度测量与控制电路，测温范围0～99.9。C，控制温度连续可调，被测温度和控制温度均可数字显示，温度超过设定值时能产生声光报警。该课题结合了模电和数电的理论知识，初看感觉很难没有思路，但通过各方面查阅资料和理论结合实际，定出了一套自己的设计方案。

本设计包含三个部分：温度测量电路，显示电路，温度控制和声光报警电路，正文中详细介绍了各个模块的原理和工作过程。另外，为完成本次设计，参阅了大量资料文献。

其中，搜集和查阅资料时一个漫长但最重要的过程，获取个模块电路原理，然后经过讨论比较，结合课题要求，确定出一套最适合的方案。小组人员花费几天时间，通过图书馆和上网查阅资料，分别查阅到各个模块电路，比如，温度测量电路部分，仅温度传感器电路就分为热电偶温度传感器，热电阻温度传感器和集成温度传感器等，因此就需要通过分析比较得出最适合的电路。此外，温度数字显示和控制报警电路部分，需要很多集成芯片，这就需要查芯片的功能表，正确连接个芯片使其达到设计需要的目的。经过上述过程后，基本定出电路图，在MULTISIM12.0软件里进行部分电路仿真，来验证电路的正确性。

前言 (2)

题目摘要 (5)

第一章系统概述

1 .1温度测量与控制设计思想及方案论证 (6)

1.2 工作原理 (6)

1.3 模块划分 (6)

第二章单元电路设计

2.1 温度测量电路 (7)

2.1.1 温度测量的实现原理图 (7)

2.1.2 温度测量实现过程及参数计算 (8)

2.1.3 调试重点及仿真结果 (20)

2.2 温度的控制和报警 (21)

2.3显示部分………………………………………………………………………………. .26第三章系统综述

综述及总电路图 (38)

第四章结束语 (39)

参考文献 (39)

元件明细表 (40)

收获和体会 (42)

评语 (44)

温度测量与控制电路

摘要：

随着数字化时代的到来，用传统的水银或酒精温度计来测量温度,不仅测量时间长、读数不方便、而且功能单一,已经不能满足人们的要求。于是提出，测温电路利用传感器监测外界温度的变化,通过差分放大电路将温度传感器的阻值变化转换的电压信号的变化放大,然后利用A/D转换实现模拟信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后输出电压与温度值的关系, 并通过数码管显示当前值，使其与温度数值上相等，从而实现温度的测量；输出信号接两个LM324单限比较器，与输入的控制温度进行模拟比较，经过或门与报警电路的输入端连接，来实现对温度的控制，可使整个系统工作于一个在误差允许的温度范围内；再者还加载了报警装置，当被测温度超出设定温度范围时，声光报警装置工作，使它的功能更加完善，使用方便起来。本设计是采用了温度的测量、温度的显示、温度的控制和报警装置三部分来具体实现上述目的的。

关键字：

传感器，差分放大电路，A/D转换，LED显示电路，声光报警

设计要求：

1. 测量温度范围为200C～1650C，精度 0.50C；

2. 被测量温度与控制温度均可数字显示；

3. 控制温度连续可调；

4. 温度超过设定值时，产生声光报警。

第一章 系统概述

1.1温度测量与控制设计设计思想及方案论证

由于本设计是测温及控制电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行放大滤波，A/D 转换后，就可以用通过显示电路将被测温度显示出来。设计需要用到测温电路，放大电路，A/D 转换电路，显示电路及控制电路。

本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，简单而可行，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示的优点。温度传感器采用铂热电阻，放大电路采用差动放大电路，显示驱动器采用ADC16芯片。

1.2 工作原理

图1.1 原理框图

原理及工作过程：实验原理如图1.1所示，温度测量电路由正温度系数电阻特性的铂热电阻R3为一臂组成测温电桥，经测量放大器和滤波电路后输出，将其值与控制温度相比较，超出设定温度范围则报警电路工作产生声光报警；对被测温度A/D 数模转换和数码显示，从而读出温度。 1.3 模块划分

由电路工作原理，本系统可划分为三个模块：

① 温度测量电路

② 温度控制和报警电路

③ 温度的显示

温度测量

及计数电

路 放大器 A/D 转换 数码显示 控制温度 比较器 超温报警

第二章单元电路设计

2.1 温度测量电路

2.1.1 温度的测量和实现原理图

温度传感器差分放大器

图2.1 测温电路

工作原理：温度测量电路如图2.1所示，它由传感器电桥、差动放大电路和二阶低通滤波器组成。采用阻值R3=100的铂金属热电阻为传感器，它有较高的测量精度，并且在较大的温度范围内有很好的线性。通过测温电桥把电阻随温度的变化转换为电压的变化，再通过一个差动放大电路将小信号电压值放大,得到电压值。首先调节滑动变阻器R13使温度等于0℃时输出电桥平衡，即输出为零；根据铂电阻的阻值随温度的变化关系，计算出电压放大倍数，设定差动放大电路的参数，使温度等于100℃时，输出电压为1V，满足输出电压和温度成线性关系，这样数值关系有U0=T/100。由该电压值可以直接推知当前温度值，从而达到温度测量的目的。

2.1.2 温度测量的实现过程及参数计算

（1）温度传感器及方案选择

1. 从工业炉温环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器各个技术领域都离不开测温和控温。要测温、控温就要用到温度传感器，就要根据具体条件选择合适的传感器。

⑴下表列出了温度传感器的测温范围，测温范围会随测量条件不同而有变