實(shí)驗(yàn)題目溫度的測量與控制電路的設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)題目：溫度的測量與控制電路的設(shè)計(jì)課程簡要信息課程名稱：（實(shí)驗(yàn)課程名稱，或含實(shí)驗(yàn)的理論課程名稱）課程學(xué)時(shí)：（課內(nèi)、課外）適用專業(yè)：（專業(yè)名稱或?qū)I(yè)類名稱）學(xué)生年級(jí)：（年級(jí)、學(xué)期）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與任務(wù)（限500字，可與“實(shí)驗(yàn)過程及要求”合并）項(xiàng)目需要完成的任務(wù)（如需要觀察的現(xiàn)象，分析某種現(xiàn)象的成因、需要解決的問題等）；是否設(shè)計(jì)有不同層次的任務(wù)。以帕爾貼溫控裝置為對(duì)象，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠測量自然環(huán)境溫度(2070)、測量精度不低于1、以數(shù)字方式顯示的溫度計(jì)；對(duì)帕爾貼溫控裝置的溫度控制在指定的溫度值，溫度控制精度不低于2，請(qǐng)自行設(shè)計(jì)溫度的設(shè)定方法；提高溫度控制的抗外界干擾能力，當(dāng)啟動(dòng)溫控裝置上風(fēng)扇時(shí)，仍然能夠

2、將溫度控制在指定范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)過程及要求（限300字）如對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中在需求分析、資料查詢、自學(xué)預(yù)習(xí)、思考討論、方法設(shè)計(jì)、進(jìn)程規(guī)劃、軟件仿真、平臺(tái)構(gòu)建、器件選擇、表格設(shè)計(jì)、現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)測試、問題分析、總結(jié)報(bào)告、驗(yàn)收答辯、演講交流等各方面的要求。學(xué)習(xí)了解不同量程、精度要求下，測量溫度的方法；盡可能多地查找滿足實(shí)驗(yàn)要求的溫度傳感器，注意傳感器的類型、溫度測量范圍和測量精度、輸出信號(hào)形式和線性范圍等關(guān)鍵的特征參數(shù)；選擇溫度傳感器以獲取溫度信號(hào)，并根據(jù)傳感器類型選擇放大器類型，設(shè)計(jì)放大電路,注意放大電路的輸入阻抗和增益；在仿真優(yōu)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)采集及放大電路；選擇將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的方

3、法，并將其以數(shù)字的形式顯示出來；構(gòu)思溫度顯示方式，選擇與之相對(duì)應(yīng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換方式，設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，制定各單元電路的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)；設(shè)計(jì)反饋控制電路實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)溫度控制標(biāo)定調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)；考察溫控速度與溫度波動(dòng)范圍。如何達(dá)到響應(yīng)速度快、波動(dòng)范圍小的目標(biāo)。構(gòu)建一個(gè)簡易的測試環(huán)境，以水銀玻璃溫度計(jì)為基準(zhǔn)，在室溫及室溫以上20的范圍內(nèi)，測定溫度計(jì)測量誤差以及控制誤差；撰寫設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，并通過分組演講，學(xué)習(xí)交流不同解決方案的特點(diǎn)。相關(guān)知識(shí)及背景（限150字）項(xiàng)目涉及的知識(shí)方法、實(shí)踐技能、應(yīng)用背景、工程案例。這是一個(gè)運(yùn)用數(shù)字和模擬電子技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)生活和工程實(shí)際問題的典型案例，需要運(yùn)用傳感器及檢測技術(shù)、信號(hào)放大、模數(shù)

4、信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)定、反饋控制、PID控制及參數(shù)設(shè)定等相關(guān)知識(shí)與技術(shù)方法。并涉及測量儀器精度、線性度，硬件及軟件反饋，儀器設(shè)備標(biāo)定及抗干擾等工程概念與方法。教學(xué)目標(biāo)與目的（限100字）如學(xué)習(xí)、運(yùn)用知識(shí)、技術(shù)、方法；培養(yǎng)、提升能力、素質(zhì)。在較為完整的工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程中引導(dǎo)學(xué)生了解現(xiàn)代測量方法、傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)方法的多樣性及根據(jù)工程需求比較選擇技術(shù)方案；引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)需要設(shè)計(jì)電路、選擇元器件，構(gòu)建測試環(huán)境與條件，并通過測試與分析對(duì)項(xiàng)目作出技術(shù)評(píng)價(jià)。教學(xué)設(shè)計(jì)與引導(dǎo)如預(yù)習(xí)要求及檢查；課堂知識(shí)講解、方法引導(dǎo)、背景解釋；實(shí)驗(yàn)中的方法指導(dǎo)，問題設(shè)置、思路引導(dǎo)等。研討主題、觀察節(jié)點(diǎn)、驗(yàn)收重點(diǎn)、質(zhì)詢問題的

5、設(shè)計(jì)等。本實(shí)驗(yàn)的過程是一個(gè)比較完整的工程實(shí)踐工程，需要經(jīng)歷學(xué)習(xí)研究、方案論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)調(diào)試、測試標(biāo)定、設(shè)計(jì)總結(jié)等過程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)：學(xué)習(xí)溫度測量的基本方法，了解隨著溫度測量范圍與測量精度要求的不同，在傳感器選擇、測量方法等方面不同的處理方法。不同傳感器輸出信號(hào)的形式、幅度、驅(qū)動(dòng)能力、有效范圍、線性度都存在很大的差異，后續(xù)的信號(hào)調(diào)理和放大電路也要根據(jù)信號(hào)的特征來設(shè)計(jì)；一般來說，傳感器的使用說明中都有參考電路。實(shí)驗(yàn)要求的精度并不高，主要取決于傳感器；溫度又是一個(gè)緩變信號(hào)，因此將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)可供選擇的方式較多，如常規(guī)的逐次逼近型8位ADC、雙積分型

6、MC14433、ICL7106/07等都可以采用；也可以采用V/F轉(zhuǎn)換的方式，或采用由控制器輸出PWM波，經(jīng)整流濾波后與溫度信號(hào)比較的方式，等等?？梢院喡缘亟榻B反饋控制的基本原理，要求學(xué)生自學(xué)實(shí)現(xiàn)反饋控制的方法及參數(shù)的整定。在電路設(shè)計(jì)、搭試、調(diào)試完成后，必須要用標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測量，標(biāo)定所完成的溫度計(jì)的誤差；需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所能夠提供的條件，設(shè)計(jì)測試方法，搭建溫度可控且較為穩(wěn)定的測試環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)完成后，可以組織學(xué)生以項(xiàng)目演講、答辯、評(píng)講的形式進(jìn)行交流，了解不同解決方案及其特點(diǎn)，拓寬知識(shí)面。在設(shè)計(jì)中，要注意學(xué)生設(shè)計(jì)的規(guī)范性；如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與模塊構(gòu)成，模塊間的接口方式與參數(shù)要求；在調(diào)試中，要注意工作

7、電源、參考電源品質(zhì)對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)的影響，電路工作的穩(wěn)定性與可靠性；在測試分析中，要分析系統(tǒng)的誤差來源并加以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理及方案實(shí)驗(yàn)的基本原理、完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的思路方法，可能采用的方法、技術(shù)、電路、器件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案首先，可供選擇的傳感器有熱敏電阻、PT系列熱電阻，普通二極管，以熱敏二極管為核心的集成傳感器（如LM35、LM45），基于絕對(duì)溫度電流源型AD590，數(shù)字式集成傳感器（LM75、DS18B20）等。其次，不同傳感器輸出信號(hào)形式（數(shù)字、模擬，電流、電壓）、信號(hào)幅度各異，與之相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理與控制電路也各不相同。選擇數(shù)字式集成傳感器時(shí)，宜采用單片機(jī)或在PLD器件中設(shè)計(jì)控制器，以串行總線的方式獲

8、取溫度數(shù)據(jù)；在選擇AD590時(shí)，需要將1A/K的電流信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并減去0時(shí)273.2A的基值；選用普通二極管作為溫度傳感器時(shí)，是利用其PN極電壓10mV/的特性，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)需要減去600700mV的基值；等等。在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量時(shí)，也可以采用常規(guī)的A/D轉(zhuǎn)換器、電壓頻率（V/F），或比較器等方式。在溫度的數(shù)字顯示形式上，也有數(shù)碼管、字符型LCD等形式；可以借助于數(shù)字式電壓表顯示；也可以采用ICL7106/7107，將A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字顯示結(jié)合在一起；也可以將模擬信號(hào)通過一組比較器直接驅(qū)動(dòng)燈柱顯示。溫度的控制可以采用繼電器通斷控制或以PWM方式通過大功率管控制溫控裝置的供

9、電；也控制自行設(shè)計(jì)可控電壓源或電流源來開展溫控裝置的制熱量。教學(xué)實(shí)施進(jìn)程簡要介紹實(shí)驗(yàn)實(shí)施進(jìn)程的各個(gè)環(huán)節(jié)（如任務(wù)安排、預(yù)習(xí)自學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)、分組研討、現(xiàn)場操作、結(jié)果驗(yàn)收、總結(jié)演講、報(bào)告批改等）中，教學(xué)設(shè)計(jì)的思路、目的，教師、學(xué)生各自需要完成的工作任務(wù)，需要關(guān)注的重點(diǎn)與細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中反映的工作（如：實(shí)驗(yàn)需求分析、實(shí)現(xiàn)方案論證、理論推導(dǎo)計(jì)算、設(shè)計(jì)仿真分析、電路參數(shù)選擇、實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)測量記錄、數(shù)據(jù)處理分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)等等），如：實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要反映以下工作：實(shí)驗(yàn)需求分析實(shí)現(xiàn)方案論證理論推導(dǎo)計(jì)算電路設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇電路測試方法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)處理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)考核要求與方法（限

10、300字）考核的節(jié)點(diǎn)、時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)及考核方法。實(shí)物驗(yàn)收：功能與性能指標(biāo)的完成程度（如溫度測量精度、控制精度），完成時(shí)間。實(shí)驗(yàn)質(zhì)量：電路方案的合理性，焊接質(zhì)量、組裝工藝。自主創(chuàng)新：功能構(gòu)思、電路設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，自主思考與獨(dú)立實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)成本：是否充分利用實(shí)驗(yàn)室已有條件，材料與元器件選擇合理性，成本核算與損耗。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：測試數(shù)據(jù)和測量誤差。實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性與完整性。項(xiàng)目特色或創(chuàng)新（可空缺，限150字）項(xiàng)目的特色在于：項(xiàng)目背景的工程性，知識(shí)應(yīng)用的綜合性，實(shí)現(xiàn)方法的多樣性。參賽信息表案例提供單位相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)者姓名電子郵箱移動(dòng)電話通訊地址(含郵編)設(shè)計(jì)者姓名電子郵箱移動(dòng)電話通訊地址(含郵編)設(shè)計(jì)

11、者姓名電子郵箱移動(dòng)電話通訊地址(含郵編)相關(guān)xPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGE

12、XXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEX