自制數(shù)字溫度計

1、2012級測試技術(shù)課程設(shè)計 集中實(shí)踐報告書課題名稱 自制數(shù)字溫度計姓 名學(xué) 號系、 部電氣工程系專業(yè)班級指導(dǎo)教師 2015年 6 月 27日一、設(shè)計任務(wù)及要求：設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個簡易數(shù)字溫度計，裝置由溫度傳感器、信號處理電路、數(shù)字電壓表構(gòu)成。設(shè)計要求：1選用溫度傳感器AD590測量溫度，通過信號處理電路將溫度引起的電流變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，然后經(jīng)過雙積分A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過共陽極數(shù)碼管顯示數(shù)值。2進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計，并畫出總設(shè)計框圖。3設(shè)計完成相應(yīng)的測溫電路，導(dǎo)出電路輸出電壓與溫度之間的函數(shù)表達(dá)式二、指導(dǎo)教師評語： 三、成績 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 目錄第1章設(shè)計目的1第2章設(shè)計要

2、求1第3章硬件電路設(shè)計13.1電路設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖13.2傳感器13.3傳感器電路的計算23.4信號處理33.5 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計43.6顯示電路53.7顯示電路的設(shè)計53.8總電路圖6第4章結(jié)論6參考文獻(xiàn)第1章設(shè)計目的設(shè)計一個簡易數(shù)字溫度計，裝置由溫度傳感器、信號處理電路、數(shù)字電壓表構(gòu)成。第2章設(shè)計要求1選用溫度傳感器AD590測量溫度，通過信號處理電路將溫度引起的電流變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，然后經(jīng)過雙積分A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過共陽極數(shù)碼管顯示數(shù)值。2進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計，并畫出總設(shè)計框圖。3設(shè)計完成相應(yīng)的測溫電路，導(dǎo)出電路輸出電壓與溫度之間的函數(shù)表達(dá)式。第3章硬件電路設(shè)計3.1電路設(shè)計結(jié)

3、構(gòu)框圖本方案采用AD590集成兩段式感溫電流源溫度傳感器對溫度進(jìn)行采集，采集的電壓經(jīng)過放大電路將信號放大，然后經(jīng)過3.5位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的同時, 直接驅(qū)動LED顯示器,將溫度顯示出來。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。溫度采集AD590電壓放大A/D轉(zhuǎn)換LED顯示數(shù)碼管驅(qū)動（譯碼器） 圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖日常生活中，溫度的測量范圍為-30 55 ，精度控制為0.5 ，因此本項(xiàng)目采用AD590集成兩端式感溫電流源溫度傳感器，3.5位A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107及4個八段數(shù)碼管設(shè)計數(shù)字溫度計。 3.2傳感器AD590是半導(dǎo)體結(jié)效應(yīng)式溫度傳感器，PN結(jié)正向壓降的溫度系數(shù)

4、為-2mV/ ，利用硅熱敏晶體管PN結(jié)的溫度敏感特性測量溫度的變化測量溫度,其測量溫度范圍為-50150。AD590輸出電流值(A級)等于絕對溫度(開爾文)的度數(shù)。使用時一般需要將電流值轉(zhuǎn)換為電壓值, 如圖3-2中,Ucc為激勵電壓, 取值為440 V。輸出電流I0以絕對溫度零度-273為基準(zhǔn), 溫度每升高1 ,電流值增加1A。 圖3-2AD590基本原理圖溫度t對應(yīng)輸出電流Io為3-2Io(t)=273A + t×1A/ (3-2)式中: 273A為攝氏零度時輸出的電流值；t為測得的攝氏溫度。在室溫25 時,輸出電流： Io(25)=(273+25)=298 A 3.3傳感器電路的

5、計算 電路具有偏置和增益調(diào)節(jié)裝置功能，為了改善輸出電壓的性能, 電路中采用了電壓跟隨器。由于AD590輸出的是絕對溫度, 而實(shí)際顯示的是攝氏溫度, 設(shè)計差動放大電路(U1,U2為輸入),調(diào)整電位器使U1=0.273 V,則輸出電壓值Uo與溫度傳感器測得的攝氏溫度呈線性關(guān)系, 計算公式為3-3 (3-3)如圖3-3所示，對于25的室溫,Uo=0.025V。 圖3-3 電路原理圖 3.4信號處理ICL7107是一種高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器，同時包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)動共陽極LED數(shù)碼管。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好的結(jié)合

6、在一起，它有低于10uV的自動校零功能，零漂小于1uV/，低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個字。真正的差動輸入和差動參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時會有更突出的特點(diǎn)。對于ICL7107AD轉(zhuǎn)換器來說輸入輸出電壓關(guān)系如公式3-4 (3-4) ICL7107AD轉(zhuǎn)換器的管腳排列及其各管腳功能如下：V+和V-分別為電源的正極和負(fù)極（或地）。au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個位、十位、百位筆畫的驅(qū)動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫電極。Bck：千位筆畫驅(qū)動信號。接千位LEO顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。PM：液晶顯示器背面公共電

7、極的驅(qū)動端，簡稱背電極。 Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來決定： Fosl = 0.45/RCCOM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。TEST ：測試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地” VREF VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。CREF：外接基準(zhǔn)電容端。INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件IN和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端。AZ：積分器和比較器的反向輸入

8、端，接自動調(diào)零電容CAz 。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場合是使用0.47F，而2V滿刻度是0.047F。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流( idling current )是100A，而緩沖器與積分器能夠供給20A的驅(qū)動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。ICL7107的工作原理：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。3.5 A/D轉(zhuǎn)換

9、電路的設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計,具體電路圖如圖3-7所示： 圖3-7ICL7107與數(shù)碼管構(gòu)成的數(shù)顯電路圖由傳感器電路與轉(zhuǎn)換電路綜合關(guān)系求得：顯示數(shù)=T（溫度） 。因此，則可用顯示器電路直接可以顯示出溫度。3.6顯示電路數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極是把所有LED的陽極連接到共同接點(diǎn)正電源電壓，共陰極是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)com。而每一LED分別為a,b,c,d,e,f,g及sp（小數(shù)點(diǎn)），共陽極內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-4，共陰極內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-5所示。 a GbcdefgSP 圖3-5共陽極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3-6共陰極數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.7顯示電路的設(shè)計在本次設(shè)計當(dāng)中，由

10、于ICL7107的特點(diǎn)，它只能驅(qū)動共陽極數(shù)碼管，故要選用共陽極七段數(shù)碼管。在連接數(shù)碼管時，要注意數(shù)碼管各個管腳所對應(yīng)的字母，不能接錯或接漏，而且在管腳之前要接上電阻，以免燒壞芯片和數(shù)碼管。對于數(shù)碼管與ICL7101的連接，其中一個數(shù)碼管的A到G引腳與ICL7101的2到8引腳連接（個位）；依次四個數(shù)碼管與ICL7101相連 。 3.8總電路圖將傳感電路、信號采集處理放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、七段數(shù)碼顯示電路這四個單元電路級聯(lián)起來可以得到如圖3-8總電路圖所示： 圖3-8 總電路圖第4章結(jié)論首先對于溫度傳感器的誤差分析，AD590在- 55+150范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3。因?yàn)榱?/p>

11、過AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻為1k時，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R2，使VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25)條件下調(diào)整電位器,使VO=273+25=298mV。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。本學(xué)期開設(shè)的重要實(shí)用的一門功課傳感器，通過對傳感器的學(xué)習(xí)使我以前學(xué)習(xí)的科目有了更深的認(rèn)知，掌握了更多的知識，了解更多的要點(diǎn)，對自己的不足也有了跟多的了解。為自己以后的學(xué)習(xí)工作生活打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)，這就是我通過本次課程設(shè)計最深的體會與認(rèn)知。本次的課程設(shè)計對一學(xué)期的學(xué)習(xí)有了很好的總結(jié)。對于一學(xué)期的傳感器的學(xué)習(xí)，一直是只拘泥于課本知識，沒有做過跟實(shí)際問題相符的小課題。通過本次的設(shè)計，對于以后做的畢業(yè)設(shè)計有很大的幫助。傳感器