温度测量及控制

“电子技术课程设计”是电子技术课程的实践性环节，进行自主选题和设计。本设计课题为温度控制和控制电路，测温范围20～165。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。

在设计过程中得到了方面的支持和帮助，在此向老师表示由衷的感谢。由于设计时间和水平的限制，如有不足之处，敬请指正！

前言 (1)

题目摘要 (3)

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 (4)

1.2 工作原理 (4)

1.3 模块划分 (4)

第二章单元电路设计与分析

2 方案设计与论证 (5)

2.1 温度测量电路 (5)

2.1.1 温度测量的实现原理图 (5)

2.1.2 温度测量实现过程及参数计算 (6)

2.1.3 调试重点及仿真结果 (8)

2.2 温度的控制和报警 (9)

2 .2.1 温度控制原理 (9)

2.2.2 温度控制实现过程及参数设定 (9)

2.2.3仿真结果 (11)

2.3显示部分 (12)

2.3.1基本设计思想 (12)

2.3.2 ICL7107引出端功能表 (13)

2.4 自制直流稳压源 (14)

2.5 元件说明 (15)

第三章系统综述 (18)

第四章结束语 (18)

附录 (19)

收获和体会 (20)

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，测温电路利用铂热电阻桥式温度传感器监测外界温度的变化,通过三运放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；并利用单限比较器来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内；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：

热电阻，三运放差分电路，声光报警，A/D转换器，LED显示电路

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，放大电路采用误差小，精度高的三运放差分电路，显示驱动器采用7107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Rt100为一臂组成测温电桥，经测量放大器和滤波电路后输出；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；通过一控制开关，选择档位分别对被测温度和控制温度进行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

温度测量电路

控制温度

A/D 转换

比较器

超温报警

数码显示

控制开关

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

U1A LM324N 3

2

11

4

1

U2A LM324N

3

2

11

4

1

U3A

LM324N

3

2

11

4

1

R11

1k¦¸

R121k¦¸

R9

5.1kΩR105.1kΩR13

20kΩR1420kΩ

VCC 12V VCC

12V

VCC 12V

Rp2

30kΩKey=A

30%

XMM1

XSC1

A B

Ext Trig

+

+

_

_

+_

R110kΩR210kΩR3100¦¸

Rp1500¦¸

Key=A 80%

XMM2

VDD

9V

VDD 9V

VEE

-12V 9

87

6VDD

1

VCC VCC

VEE -12V

4VCC VEE

3

U4OP07CN8

3

2

4

7

6

8

1

R4200kΩ

R5200kΩ

C1100nF

C2100nF

VDD -12V

XMM4

VEE

12V

VEE VDD

00

13

15

12

10

2

14

图2.0 测温电路

工作原理：温度测量电路如图2.0所示，它由传感器电桥、三运放差分放大器和二阶低通滤波器组成。采用阻值Rt=100的铂金属热电阻为传感器，它由较高的测量精度，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，再通过一个三运放差分放大电路将小信号电压值放大，最后经过一个二阶有源低通滤波器，得到电压值。首先调节滑动变阻器Rp1使温度等于0℃时输出电桥平衡，即输出为零；然后调节滑动变阻器Rp2改变电压放大倍数，使温度等于100℃时，输出电压

温度传感器

差动输入放大器 低通滤波器