溫度測(cè)量?jī)x說(shuō)明書(shū)

1、湖南工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課 題：溫 度 測(cè) 量 儀專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生班級(jí)：電 氣 本 1 1 0 1 班學(xué)生姓名： 呂 璇學(xué)生學(xué)號(hào)： 11401240102小組成員：徐 露、蔣 丹、呂 璇指導(dǎo)教師： 龍 卓 珉課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和目的學(xué)生通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和運(yùn)用在模擬電子技術(shù)中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握常用模擬電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求1、掌握電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)初選電路；調(diào)查研究和設(shè)計(jì)計(jì)算確定電路方案；選

2、擇元件、安裝電路、調(diào)試改進(jìn)；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、寫(xiě)出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。2、培養(yǎng)一定的自學(xué)能力、獨(dú)立分析問(wèn)題的能力和解決問(wèn)題的能力。包括：學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方；對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，能通過(guò)獨(dú)立思考、查詢工具書(shū)和參考文獻(xiàn)來(lái)尋找解決方案，掌握電路測(cè)試的一般規(guī)律；能通過(guò)觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷的基本方法解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一般故障；能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獨(dú)立地進(jìn)行分析，進(jìn)而做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。3、掌握普通電子電路的生產(chǎn)流程及安裝、布線、焊接等基本技能。4、鞏固常用電子儀器的正確使用方法，掌握常用電子器件的測(cè)試技能。5、通過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹(shù)立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并逐步建立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和

3、全局觀。目 錄第一章 緒論 . 51.1 課題研究背景和意義 . 51.2 本人主要工作 . 5第二章 方案設(shè)計(jì). 72.1 基本原理. 72.2 溫度傳感器的選擇.7 2.3 AD590溫度傳感器的簡(jiǎn)介. 7第三章 電路設(shè)計(jì) . 93. 1 單元電路設(shè)計(jì) . 93.1.1 溫度電壓變換電路 .93.1.2 K變換器 . 93.1.3 2.732V電壓產(chǎn)生電路 . 93.1.4 放大器. 103.1.5 比較器 . 113.1.6 驅(qū)動(dòng)電路. 113.2 整體電路圖設(shè)計(jì). 13第四章 仿真與制作. 144.1 電路仿真 . 144.2 PCB電路板制作 . 174.2.1 protell使用簡(jiǎn)

4、要說(shuō)明 . 174.2.2 繪制SCH原理圖 . 174.2.3 做SCH零件庫(kù)元件 . 204.2.4 做PCB零件封裝. 204.3 溫度測(cè)量?jī)x的調(diào)試. 224.3.1 調(diào)試要點(diǎn)和注意事項(xiàng). 224.3.2 實(shí)物的調(diào)試. 22第五章 結(jié)束語(yǔ) . 23第六章 參考文獻(xiàn) . 24附錄A 元件清單 . 25附錄 B 實(shí)物圖.26第一章 緒論1.1課題研究背景和意義溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來(lái)講是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。在整個(gè)宇宙當(dāng)中，溫度無(wú)處不存在。無(wú)論在地球上還是在月球上，也無(wú)論是在熾熱的太陽(yáng)上還是在陰冷的冥王星上，這一切無(wú)不由于空間位置的不同而存在著溫度的差別。溫度和人類的生產(chǎn)

5、、生活有著密切的關(guān)系，同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)最基本的工藝參數(shù)，例如機(jī)械、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對(duì)溫度的檢測(cè)與控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)自己的生存環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對(duì)溫度的檢測(cè)及控制就非常有必要了。溫度是工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的因素，但傳統(tǒng)的方法是用溫度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)等測(cè)試器材，通過(guò)人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度要求的庫(kù)房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。這種人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，且測(cè)試的溫度誤差大，隨機(jī)性大。含有微型計(jì)算機(jī)或微處理器的測(cè)量?jī)x器，由于它擁有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，運(yùn)算邏輯判斷及自動(dòng)化的功能，有著智能作用。

6、隨著生產(chǎn)的發(fā)展，一個(gè)低成本和具有較高精度的溫度測(cè)量?jī)x在許多領(lǐng)域會(huì)代替人工操作，自動(dòng)控制各種儀器調(diào)整環(huán)境溫度。目前市場(chǎng)上普遍存在的溫濕度檢測(cè)儀器大都是單點(diǎn)測(cè)量，而且溫度信息傳遞不及時(shí)，精度達(dá)不到要求，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時(shí)做出決定，為此，本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種能夠同時(shí)測(cè)量多點(diǎn)，并實(shí)時(shí)性高、精度高，能夠綜合處理多點(diǎn)溫濕度信息，并能進(jìn)行溫濕度控制的測(cè)控產(chǎn)品?？傊?，環(huán)境溫度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有非常大的市場(chǎng)前景和實(shí)用價(jià)值。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于集成溫度傳感器AD590的溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)，它的主要功能是利用集成溫度傳感器AD590，集成運(yùn)放UA741,設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠根據(jù)設(shè)定溫度報(bào)警的電路。其中AD5

7、90測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。1.2 本人主要工作1、 設(shè)計(jì)原理電路圖,2、 根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖利用 protel 畫(huà)出原理圖，3、 在原理圖的基礎(chǔ)上利用protel 作出pcb板電路封裝圖。第二章 方案設(shè)計(jì)2.1 基本原理 被測(cè)對(duì)象K變換放大電壓表比較器報(bào)警設(shè)備 圖2.1 溫度測(cè)量?jī)x原理框圖2.2溫度傳感器的選擇方案一：采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件?，F(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。鉑的物理、化學(xué)性能極穩(wěn)定，耐氧化能力

8、強(qiáng)，易提純，復(fù)制性好，工業(yè)性好，電阻率較高，因此，鉑電阻用于工業(yè)檢測(cè)中高精密測(cè)溫和溫度標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫范圍-200650，百度電阻比W（100）=1.3850時(shí)，R0為100和10，其允許的測(cè)量誤差A(yù)級(jí)為±（0.15+0.002 |t|），B級(jí)為±（0.3+0.005 |t|）。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。在工業(yè)中用于-50180測(cè)溫。方案二：采用AD590溫度傳感器。它是一種已經(jīng)IC化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流。它的測(cè)溫范圍

9、為-55+150，而且精度高。其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。AD590最重要的特性是：度每增加1，它會(huì)增加1A輸出電流。AD590的接口電路十分簡(jiǎn)單，不需要外圍溫度補(bǔ)償和線性處理電路，便安裝調(diào)試。比較方案一和二，方案二更適合本設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量?jī)x。2.3 AD590溫度傳感器的簡(jiǎn)介 AD590溫度傳感器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流。AD590的主要特性如下：·流過(guò)器件的電流等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)。·AD590的測(cè)溫范圍

10、為-55+150。·AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。·精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。AD590最重要的特性是：度每增加1，它會(huì)增加1A輸出電流。AD590的接口電路十分簡(jiǎn)單，不需要外圍溫度補(bǔ)償和線性處理電路，便安裝調(diào)試。AD590的管腳圖及元件符號(hào)如下圖2.2和圖2.3所示。圖2.2 AD590管腳（第三個(gè)腳可以不用,是接外殼做屏蔽用的）圖

11、2.3 AD590元件符號(hào)（1管腳接電源；2管腳輸出電流）AD590基本應(yīng)用電路如下圖所示。圖2.4 AD590基本應(yīng)用電路在圖2.4中，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得AD590輸出電流I與攝氏溫度T與輸出電壓U及開(kāi)爾文溫度K的關(guān)系如下： 在T時(shí)，其輸出電流Io=（273.2+T）A （2.2.1）第三章 電路設(shè)計(jì)3.1單元電路設(shè)計(jì)3.1 .1溫度電壓變換電路 如圖3-1 所示 圖3-1 溫度電壓變換電路 圖3-2 K變換電路 如圖3-1 所示。由圖可得： 可取R= 10 K 則。3.1.2 K變換器如圖3-2 所示，因?yàn)锳D590的溫控電流值是對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度K，而在設(shè)計(jì)中需要采用，由運(yùn)放組成的加法器可以實(shí)現(xiàn)這一

12、轉(zhuǎn)換，參考電路如圖3-2所示?？傻?( 3.1.1 )實(shí)際應(yīng)用中可取 計(jì)算得 R=3.3k則式 ( 3.1.1 )可變?yōu)?（3.1.2 )元件參數(shù)的確定和UR選取的指導(dǎo)思想是：0（即273K）時(shí)，綜合式（2.2.1），可得。 ( 3.1.3 )3.1.3 2.732V電壓產(chǎn)生電路圖3-3 2.732V電壓產(chǎn)生電路由于開(kāi)爾文溫度和攝氏溫度有一個(gè)273.2的差值，所以利用加法器來(lái)消除2.732V的電壓，也就完成了K-轉(zhuǎn)換。3.1.4 放大器 如圖3-4所示 輸出u03滿足100mV/。設(shè)流經(jīng)R4，R6的電流分別為，。 由虛斷的概念可知， 所以得出: （3.1.4）為了提供一個(gè)合適的靜態(tài)偏置，以及減

13、小輸入級(jí)偏置電流引起的運(yùn)算誤差，故在其同向端接入一個(gè)平衡電阻 ( 3.1.5 )要使?jié)M足100mV/， 又因?yàn)?，由式（3.1.4）可得 我們可取 圖3-4 放大器電路3.1.5比較器 圖3-5 比較器 圖3-6 驅(qū)動(dòng)電路由電壓比較器組成，如圖3-5所示。Uref為報(bào)警時(shí)溫度設(shè)定電壓5V，R3,R4用于穩(wěn)定輸入電壓。Rf2用于改善比較器的遲滯特性，R5用于報(bào)警設(shè)備的輸入電阻，用來(lái)控制輸入電流的大小。這些電阻決定了系統(tǒng)的精度。由比較器的虛短和虛斷概念得（3.1.6）經(jīng)過(guò)調(diào)試，可取3.1.6 驅(qū)動(dòng)電路 如圖3-6所示， 根據(jù)電壓比較器的輸出u4，接到驅(qū)動(dòng)電路。溫度小于設(shè)定值前發(fā)光二極管應(yīng)處于熄滅狀

14、態(tài)，反之，為點(diǎn)亮。當(dāng)?shù)闹敌∮诘闹禃r(shí)，輸出為低電平，三極管截止，發(fā)光二極管無(wú)響應(yīng)。當(dāng)?shù)碾妷褐荡笥跁r(shí)，輸出為高電平，三極管導(dǎo)通，此時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光，產(chǎn)生警報(bào).3.2 整體電路圖設(shè)計(jì) 圖3-7 溫度測(cè)量?jī)xEWB仿真電路圖第四章 仿真與制作4.1 電路仿真 仿真電路如圖4.1.1,4.1.2和4.1.3所示 其中，圖4.1.1是溫度未達(dá)警戒線50的仿真電路；圖4.1.2是溫度剛好為50的仿真電路；圖4.1.3是溫度超過(guò)警戒線50的仿真電路。圖4.1.1 27時(shí) 圖4.1.2 50時(shí)圖4.1.3 60時(shí)仿真結(jié)果及其分析由圖4.2.1 可以看出：當(dāng)恒流源取300uA（300K）時(shí)，轉(zhuǎn)化為溫度是300-27

15、3=27，而的電壓值大約為2.7V，即仿真所得的實(shí)際結(jié)果與理論相同。 由圖4.2.2 可以看出：當(dāng)恒流源取323uA（323K）時(shí)，轉(zhuǎn)化為溫度是323-273=50，而的電壓值大約為5V，即仿真所得的實(shí)際結(jié)果與理論相同。由圖4.2.2 可以看出：當(dāng)恒流源取333uA（333K）時(shí)，轉(zhuǎn)化為溫度是333-273=60，而的電壓值大約為6.0V，即仿真所得的實(shí)際結(jié)果與理論相同。所以，仿真成功，可以通過(guò)此裝置測(cè)得溫度。 4.2 PCB電路板制作 4.2.1 protel使用簡(jiǎn)要說(shuō)明 一 原理圖設(shè)計(jì)模塊（Schematic模塊） 電路原理圖是表示電氣產(chǎn)品或電路工作原理的重要技術(shù)文件，電路原理圖主要由代表

16、各種電子器件的圖形符號(hào)、線路和結(jié)點(diǎn)組成。該原理圖是由Schematic模塊設(shè)計(jì)完成的。Schematic模塊具有如下功能：豐富而靈活的編輯功能、在線庫(kù)編輯及完善的庫(kù)管理功能、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能、支持層次化設(shè)計(jì)功能等。 二 印制電路板設(shè)計(jì)模塊（PCB設(shè)計(jì)模塊）印制電路板（PCB）制板圖是由電路原理圖到制作電路板的橋梁。設(shè)計(jì)了電路原理圖后，需要根據(jù)原理圖生設(shè)計(jì)成印制電路板的制板圖，然后在根據(jù)制板圖制作具體的電路板。印制電路板設(shè)計(jì)模塊具有如下主要功能和特點(diǎn)：可完成復(fù)雜印制電路板（PCB）的設(shè)計(jì)；方便而又靈活的編輯功能；強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能；在線式庫(kù)編輯及完善的庫(kù)管理；完備的輸出系統(tǒng)等。4.2.2繪

17、制SCH原理圖步驟：1.建立原理圖紙 2.選擇圖紙樣式 3.定位元件和加載元件庫(kù)及放置元件4.設(shè)置元件的格式及名稱編號(hào)5.生成網(wǎng)絡(luò)表格原理圖 如圖4-2-1 圖4-2-1 溫度測(cè)量?jī)xprotel原理圖 6.把SCH文件變成PCB板，擺放好原件并進(jìn)行布線4.2.3做SCH零件庫(kù)元件1. 先來(lái)打開(kāi)SCH文件，選中教學(xué)提供的那個(gè)SCH零件庫(kù)，然后選編輯，進(jìn)入SCH零件編輯器 ；2. 在這個(gè)現(xiàn)有的庫(kù)中新建一個(gè)SCH零件，單擊“Tools”工具條，New Component選項(xiàng)；3. 要注意SCH零件的管腳的電氣連接有效點(diǎn)是有講究的！ 4. 給零件庫(kù)中的零件改名字，單擊“Tools”工具條嗎，Renam

18、e Component選項(xiàng)；5. 保存做好的元件。4.2.4做PCB零件封裝 打開(kāi)PCB，選擇PCB封裝庫(kù)，按圖選擇編輯按紐進(jìn)入PCB封裝編輯器；1.轉(zhuǎn)換制式，改為公制：?jiǎn)螕簟癡iew”，選擇Toggle Units；2.新建一PCB封裝 ：?jiǎn)螕簟癟ools”、“ New Component”選項(xiàng)；3.彈出一Component Wizard工具框,選擇“Cancel”；4.把封裝的起始位置定位為絕對(duì)中心：?jiǎn)螕鬍dit選項(xiàng)卡，選擇“Jump”再選“Reference”選項(xiàng)；5.做封裝時(shí)，重點(diǎn)注意焊盤(pán)的名稱中文注釋；6.單擊“Reports”中的“Measure Distance”選項(xiàng)測(cè)量封裝的尺

19、寸是否精確；7.完成封裝。PCB電路封裝圖 如圖4-2-2所示圖4-2-2 PCB電路封裝圖4.3 溫度測(cè)量?jī)x的調(diào)試1.調(diào)試要點(diǎn)和注意事項(xiàng)：用溫度計(jì)測(cè)傳感器處的溫度T()如T=27（300K）。若取R0=10K，則U1=3V調(diào)整UR的值使U2=-270mV,若放大器的放大倍數(shù)為10倍，則放大器的輸出U3應(yīng)為2.7V。測(cè)比較器的比較電壓U2值，使其等于所設(shè)定的溫度乘以0.1V，如設(shè)定溫度為50，則值為5V。比較器的輸出可接發(fā)光二極管。把溫度傳感器加熱（可以電吹風(fēng)吹）在溫度小于設(shè)定值前發(fā)光二極管應(yīng)處于熄滅狀態(tài)，反之，為點(diǎn)亮。 2.實(shí)物的調(diào)試： 溫度測(cè)量?jī)x測(cè)試：經(jīng)過(guò)溫度計(jì)的測(cè)試已知電吹風(fēng)分為三個(gè)檔次

20、的風(fēng)力，且風(fēng)力分別大約等于25、50、60，所以我們決定使用電吹風(fēng)的風(fēng)熱吹到AD590上。將電吹風(fēng)對(duì)著AD590吹小風(fēng)，即當(dāng)恒流源取300uA（300K）時(shí)，轉(zhuǎn)化為溫度是300-273=27，而所測(cè)的電壓值為2.53V，與已知的理論值2.7V不符合，調(diào)節(jié)電路板上電位器使的值大約為2.7V即可。電吹風(fēng)吹中檔風(fēng)，即當(dāng)恒流源取323uA（323K）時(shí)，轉(zhuǎn)化為溫度是323-273=50，而的電壓值4.13V，與已知的理論值不符合，調(diào)節(jié)其電位器使的值大約為5V即可。當(dāng)電吹風(fēng)開(kāi)到最大檔風(fēng)力，即當(dāng)恒流源取333uA（333K）時(shí)，轉(zhuǎn)化為溫度是333-273=60，而的電壓值大約為5.99V，與已知理論值基本

21、6V相同，所以，調(diào)試成功，可以通過(guò)此裝置測(cè)得溫度。 第五章 結(jié)束語(yǔ)本次課程設(shè)計(jì)完成的是基于集成溫度傳感器AD590的溫度測(cè)量來(lái)報(bào)警的設(shè)計(jì)，并通過(guò)發(fā)光二極管是否發(fā)光來(lái)判斷是否超過(guò)預(yù)置的溫度。通過(guò)近半個(gè)月的不斷努力，最終實(shí)現(xiàn)了任務(wù)目標(biāo)。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)在溫度測(cè)量的智能化、集成化方面的探索，這也是溫度測(cè)試發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)，也是測(cè)控技術(shù)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)是理論知識(shí)與實(shí)踐的完美結(jié)合，對(duì)于現(xiàn)代大學(xué)生的實(shí)踐能力是個(gè)很好的培養(yǎng)。短短的半個(gè)月的時(shí)間里，我的主要工作是繪制原理圖和制作PCB板圖。我對(duì)PROTEL這款軟件的基本操作及軟件特性有了一個(gè)初步的了解，在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，常常遇到這樣那樣的問(wèn)題，但在優(yōu)秀同學(xué)幫助下，最后作出了原理圖和圖因此我對(duì)PROTEL這款軟件也有了很大的