电子工程设计(一)温控系统

图表 9 同相加法放大电路（将电压平移之后再放大）
如图 9，将之前AD592输出的电压Vo1 和电阻分压获得的Vo2 经同相输入第二级放
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大电路，先进行加法运算，再将电压放大 5 倍，使最后的输出电压Vo 为0~5V。 图右端的两个二极管可以起到稳定电压增益的作用， 上方的二极管负极接+5V电 源，使输出电压不高于+5V；下方的二极管正极接地，使输出电压不低于0V。 3.2.3.4 具体计算： （1）当T = 0℃时，AD592的输出电流为273μ A，流经电阻R 2 和滑变R1 之后， 调节R1 可获得电压 Vi1 = 2.73V 经放大倍数为1的运算放大器（即电压跟随器）OP07之后得到 Vo1 = 2.73V 分压电路与温度T无关，调节滑变R 4 ，并测量Vi2 电压值，直至 Vi2 = −2.73V 经电压跟随器稳压之后得到 Vo2 = −2.73V 进入第二级放大电路，已知 Vo1 = 2.73V Vo2 = −2.73V 由叠加定理计算得此时 Vn = 0 由“虚短”得 Vp = 0 Vo = (1 + R f R 7 ) × Vp 其中 R f = R 9 + R10 得 Vo = 0V （2）当T = 100℃时，AD592的输出电流为373μ A，经转换后得到此时的 Vi1 = 3.73V 同时得到 Vo1 = 3.73V 而分压电路得到的Vo2 此时仍是−2.73V。进入第二级放大电路，由叠加定理可计 算得此时 Vn = (Vo1 + Vo2 )/2 即此时 Vn = 0.5V 且由“虚短”得 Vp = 0.5V Vo = (1 + R f R 7 ) × Vp 其中
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电 子 工 程 设 计（一）
温度控制系统硬件电路的设计与实现
院（系、部） ： 姓 班 名： 级：
信息工程学院 宋 霜 露 自113 110994
指导教师签名：
2013 年
测量温度： 输出电压： 测量误差： 负载阻抗： 限制条件： 安装： 0℃ ~ 100℃ 0V ~ +5V 满刻度 1%（0.05V 或 1℃ ） >30KΩ -0.3V < 输出电压< +5.3V 独立电路板结构
3.2.2 测温元件特性
传感器的选择需要综合考虑设计要求、工作环境、成本等多方面因素，需要 对所设计的系统有深入的了解，需要丰富的设计经验。在强化训练阶段推荐使用 半导体温度测量元件 AD592，该测温元件为电流输出，精度高、稳定性好，信号 调理电路（变送器）易于设计。 AD592 主要特性： • 供电： +4V~ +30V • 温度系数： 1uA/℃ • 0℃输出： 273.2uA • • • • 工作温度： 非线性误差： 重复误差： 时飘： -25℃ ~ +105℃ 0.1℃ ~ 0.5℃ ±0.1℃ ±0.1℃/月
7 1 8
+1 2 V D1 D IO D E
7 1
3 6 R2 10 K R1 5K 2 U1 O P-0 7
4
R3 1K
3 6 2 U2 O P-0 7 D2 D IO D E
-1 2 V
4
-1 2 V +1 2 V R5 10 K 3 6 2 U3 O P-0 7 R4 5K
4
R9 47 K R 10 10 K
+
5
V
+
5
V
~9VB
直
流
稳
压
电
源
电
路
-12V
-12V
~14VA
+
1
2
V
+
1
2
V
AGND
GND
GND
图表 4 直流稳压电源安装结构示意图
3.1.５ 元件清单
集成稳压电路芯片：LM7805，LM7812，LM7912 整流桥：DB107 2片 电解电容：2200u/25V 电解电容 2 只 3300u/16V 电解电容 1 只 100u/16V 电解电容 3 只 散热片：3 个 保险管：1A250V 3 只配 6 只管座 接插件：DIP8 IC 插座 5 只 26 线双排插针 2 只 线路板：1 块 其它：螺钉、导线、焊锡若干 各1片
1
+5 V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
J2
+1 2 V J1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 2 6 PIN +1 2 V
图表 2 用集成线性稳压电路设计的电源电路方案框图
3.1.３原理图
图表 3 全部采用集成线性稳压器设计的直流稳压电源电路图
3.1.４ 安装结构图
-12V
+12V
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~9VA
图表 5
AD592 特性分析图
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3.2.3 设计方案
2 3 4 3.2.3.1 条件分析： 对于AD592输出的微安级的电流信号，变送器设计的主要任务是电流到电压 的转换和电压信号的放大。另外相对于0℃~100℃的测温范围，AD592的电流输 出范围为273μA ∼ 373μA，也就是在温度测量的 0 点，传感器输出的电量信号不 为 0。为了后续信号处理的方便，变送器还要进行电压信号的平移处理，使得对 于温度测量的 0 点，变送器的输出电压也为 0。为了简化设计电路，变送器采用 运算放大器作为核心运算元件。本设计中采用的运算放大器均为OP07。OP07是 一款高精度、低漂移、稳定性好、成本低的运算放大器。 3.2.3.2 设计电路原理图 5
8
-1 2 V
7 1
-1 2 V
8
R7 4.7K R6 1K
+1 2 V
2 6 PIN -1 2 V R8 1K
图表 6 变送器的设计电路图
3.2.3.3 描述：
Title
Size B D ate: File: 2 3 4 5
1
图表 7 将温度传感器 AD592 输出的电流信号转成电压信号部分
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元
互
器
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·无需其他外围元件— 使用方便、无需调整
整 流 滤 +5V ~ 9 V 7 8 0 波 电 路 5 GND 7 8 1 ~ 1 4 V 整 流 滤 2 ~ 1 4 V 波 电 路 7 9 1 2 GND
如图 7，将AD592输出的电流信号用一个10K的电阻及一个滑动变阻器转换为 电压信号Vi1 ，输入放大器的同相端，经电压跟随器稳压之后输出电压Vo1 。
图表 8 电阻分压平移电路部分
如图 8， 提供+12V的电源及两个电阻 （其中一个5K的滑变） 分压来获得T = 0℃时 的 平 移 电 压 Vi2 = −2.73V ， 经 电 压 跟 随 器 稳 压 之 后 获 得 稳 定 的 平 移 电 压 Vo2 = −2.73V.
~14VB
~14VB
AGND
~14VA
~9VB
~9VA
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计工作结束。否则，检查电路板的左右插座有无虚焊、脱焊等问题。 调试结果：经调试后未发现错误。
3.2
变送器模块
3.2.1 设计要求
转
换
器
转
数/模
换
道
人
机
交
单
图表 1 小型温度控制系统组成框图
3、 单 元 电 路 设 计
3.1 直 流 稳 压 电 源 模 块
3.1.1 设计要求:
交流输入： 直流输出： 安装： ~9V ~14V×2 +5V/1A ±12V/0.5A 独立电路板结构
3.1.2 电 路 方 案 选 择 ：
线性稳压电路 ⑴ 特点 ·利用晶体管进行电压调整 — 动态响应特性好 — 纹波、噪声小 ·电压调整晶体管工作在放大区 — 功耗大、发热量大 — 效率低 适用于低压差、小功率的场合 ⑵ 集成线性稳压电路（三端稳压器） ·采用带隙（能隙）基准电压电路 — 温度稳定性好、噪声小 ·多种保护措施 — 过流、短路、过热保护
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2、 框 图
控 制 执 行 单 0 ℃ ~ 1 0 0 ℃ 元 0 ℃ ~ 1 0 0 ℃ 测 温 受 控 控 前 向 通 道 对 象 温 后
向
通
主
控
制
单
模/数
单
片
机
元
7
月
11
日
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