温度控制报警电路的设计

电子综合开发报告

设计题目：温度控制报警电路

专业班级：电子信息工程2011级（1）班学生学号： 2011508182

学生姓名：唐潮

设计时间： 2014年1月 7日

一、计划任务与要求

1. 在正常的温度范围内数码管显示数字1至5的循环。

2. 在温度升高时数码管显示的数字变为1至7的循环，并且此时绿色

LED灯亮起。

3．当温度达到最高的时候数码管停止显示，并且红色的LED灯开始亮起。

二、方案设计与讨论

图2.1

方案一、利用一个热敏电阻作为感应器达到将温度信息转化为电信号的作用，并且将整个的过程产生的电压分为三个档，通过电压比较器，从而达到常温高温和超高温的情况从而达到整个的操作，显示部分使用七段数码管来进行数字显示。

方案二、利用两个量程不同的热敏电阻达到一个电压接力的作用，从而达到把电压分为三个挡的目的从未控制LED灯组和七段数码管进行工作，因为自己的制作能力所以我选择了这个方案。

三、单元电路设计与参数计算

1、温度测量电路

图3.1

工作原理：温度测量电路如图 3.1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、电桥测温电路

图3.2

如图2.2所示利用电桥将随温度变化的组织转化为电压，电桥输出的电压为：Ux=Ucc(R2*Rp1—R1*R3)/(R2+R3)(R1+Rp1)

若取R1=R2=R0，调节电位器，使00C时的Ux=0V，此时R3的值为R30= Rp1。当温度变化使铂电阻的阻值增大△R3时，电桥的输出：

Ux=—R0△R3·Ucc /（R0+R30+△R3）(R0+Rp1)

式中分母含有△R3项，故除测温电阻的非线性误差外，又增加了转换电路的非线性误差。故选择参数时应注意要满足△R3《R0+R30这一条件。

3、C

根据输出电压信号的特点，前置级应该满足下述要求：（1）高输入阻抗。输出信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器输入阻抗。一般情况下，信号源的内阻为100kΩ，则放大器的输入阻抗应大于1MΩ。（2）高共模抑制比CMRR。前置级须采用CMRR高的差动放大形式，能减少共模干扰向差模干扰转化。（3）低噪声、低漂移。主要作用是对信号源的影响小，拾取信号的能力强，以及能够使输出稳定。

图3.3 差动放大电路

图3.3为具有恒流源的差动放大电路其中，Ｑ1，Ｑ2称为差分对管，它与电阻Ｒb1，Ｒb2,Ｒc1,Ｒc2及点位器Ｒ1共同组成差动放大器的基本电路Ｑ3，Ｑ4与电阻Ｒe3,Ｒe4,Ｒ共同组成恒流源电路为差分对管的设计提供恒定电

流。均压电阻Ｒ1，Ｒ2给差动放大器提供对称差模输入信号。晶体管Ｑ1与Ｑ2，Ｑ3与Ｑ4特性应相同，电路参数应完全对称Ｒ1可调整电路的对称性。由于电路的这种对称性结构特点及恒流源的作用，无论是温度变换，还是电源的波动，对Ｑ1，Ｑ2两管的影响都是一样的，因此，差动放大器能有效的抑制零点漂移。

综上所述，本设计采用三运放组成的差分放大器。

4、显示部分

图3.4

模数转换过程包括量化和编码。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。最普通的码制是二进制，它有n2个量级（n为位数）,可依次逐个编号。模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。直接法是直接将电压转换成数字量。它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡（见图）。控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。即为转换后的数据。这种直接逐位比较型（又称反馈比较型）转换器是一种高速的数模转

换电路，转换精度很高，但对干扰的抑制能力较差，常用提高数据放大器性能的方法来弥补。它在计算机接口电路中用得最普遍。

5、2选1多路选择器

图3.5

利用两个与门一个非门与一个或门组成的多路选择器通过控制端输入的高低电平去控制整个电路的选择性通断。左边的三个端为输入端，最上与最下为两个输入端中间的为控制端，右边的为输出端。

下图3.6为2选1多路选择器的真值表

控制端输入1 输入2 输出

0 0 0 0

0 1 0 1

0 0 1 0

0 1 1 0

1 0 0 0

1 1 0 0

1 0 1 1

1 1 1 1

图3.5

6、555定时器

图3.6

利用的是555定时器（图3.6）产生脉冲对显像管进行信号输入，从而使整个的显像管进行数字的循环，震荡周期T的计算公式如下所示。

T=0.7（R1+2R2）C

四、总原理图及元件清单

1、总原理图

图4.1

如图4.1所示为最终设计的电路总图，利用了两个热敏电阻作为传感器，信号待放大后进入控选择器从而控制七段译码器与LED灯组的显示。

1、元件清单

如图4.2所示。

图4.2

五、性能测试与分析

刚开始温度处于常温所以两个热敏电阻都处于高阻态，七段数码管显示数字1至5的循环，当温度升高的时候热敏电阻的组织会减小所以铜热电阻的电阻的阻值会首先减小，当减小到最小值的时候，这个电路的输出电压变大使得2选1选择器更换电路，使得数码管显示1至7并且绿色LED亮起，当温度继续升高铂铑—铂热电偶开始工作，与铜热电阻一样当阻值到达最小的时候，输出电路输出高电平使得多路选择器开始更换选择电路，数码管停止显示，红的LED亮起，显示整个电路高温警报。

整个的温控电路工作的范围是0至1000摄氏度，铜热电阻的工作区间为0至200摄氏度，铂铑—铂热电偶工作范围为200至1000摄氏度。

六、总结与心得

1、课程设计总结

通过这次的课程设计的过程，我自己对整个电路系统的结果还是比较满意，也是自己第一次没有依靠整体的从网络上进行复制粘贴，而是

自己去设计连图并且进行测试，最后的功能大致是实现了，并且七段数

码管达到了更换显示循环数。并且在高温的时候控制了两个LED灯组的

开关问题，但是整个的电路设计上也存在很多的缺点，比图整个的电路

过于繁琐，需要两个热敏电阻，增加了电路制作的成本，并且七段数码

管没能在自后红的LED亮起来的时候进行清零。并且整个的电路接线过

多，元器件过多，链接复杂所以我自己认为我的这个设计还需要再加改

进。

2、课程设计心得

自这次的课程设计的作业过程中，自己从最先开始的对整个的课题开始构思再到整个课题的模块分析，到最后的Multisim的软件仿真，这