電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求

PAGEPAGE18湖南科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱(chēng)：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：基于PT100設(shè)計(jì)溫度計(jì)系別：電子工程系專(zhuān)業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：電子1002班學(xué)生姓名:顏小勤肖亞軍陽(yáng)武杏學(xué)號(hào):201006003214201006003208201006003209起止日期:2012/9/10~2012/12/5指導(dǎo)教師:廖朝陽(yáng)

指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名：年月日成績(jī)?cè)u(píng)定項(xiàng)目權(quán)重成績(jī)1、設(shè)計(jì)過(guò)程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計(jì)質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)寫(xiě)及圖紙規(guī)范程度0.3總成績(jī)摘要本文首先簡(jiǎn)要介紹了鉑電阻PT100的特性以及測(cè)溫的方法，在此基礎(chǔ)上闡述了基于PT100的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，是以鉑電阻PT100作為溫度傳感器，采用分壓測(cè)溫的方法，通過(guò)ICL7107進(jìn)行控制顯示，用放大器、ICL7107進(jìn)行溫度信號(hào)的采集。本設(shè)計(jì)采用了單線制鉑電阻溫度測(cè)量電路，通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，減小了測(cè)量電路及PT100自身的誤差，使溫控精度在0℃～100℃范圍內(nèi)達(dá)到±0.5℃。關(guān)鍵詞：PT100ICL7107溫度測(cè)量AbstractThisarticlebrieflydescribesthecharacteristicsofPT100platinumresistanceandtemperaturemeasurementmethod,onthebasisitdescribesthedesignoftemperaturemeasurementsystembasedonPT100.Inthisdesign,itisuseaPT100platinumresistanceastemperaturesensor,inordertoacquisitionthetemperaturesignal,ituseofconstant-voltagetemperaturemeasurementmethodanduseILC7107control,Amplifier.Itcanstillimprovetheperformusedsinglenesstemperaturecircuitandreducethemeasurementeror.Thetemperatureprecisionisreached±0.5℃between0℃～100℃.Keywords:PT100ICL7107TemperatureMeasures目錄·設(shè)計(jì)要求 11．前言 12．溫度計(jì)原理圖的選擇 22.1方案一原理框圖 22.2方案二原理框圖 22.3方案三原理框圖 22.4溫度計(jì)原理圖的選擇方案 33．各組成部分的工作原理 43.1溫度計(jì)處理電路的工作原理 43.2ICL7107電路的工作原理 53.3總電路圖 64.電路仿真 74.1處理電路的仿真 74.2ICL7107電路的仿真 74.3總電路的仿真 85.protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝 105.1protel制圖 105.1.1溫度計(jì)處理電路原理圖 105.1.2．溫度計(jì)處理電路PCB布線圖 105.1.3．溫度計(jì)處理電路PCB板三維圖 115.2溫度計(jì)處理電路PCB板的制作 125.3將各元件安裝到PCB板上 126.電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 146.1溫度計(jì)處理電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 146.2總電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 156.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 157．實(shí)驗(yàn)總結(jié) 168．儀器儀表清單 179．參考文獻(xiàn) 1810.致謝 19設(shè)計(jì)要求用PT100設(shè)計(jì)溫度計(jì)，ICL7107顯示溫度，溫度顯示0℃～100℃，誤差在±0.5℃。前言隨著科技的發(fā)展和“信息時(shí)代”的到來(lái)，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。因此，了解并掌握各類(lèi)傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類(lèi)傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過(guò)對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信與信息處理結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來(lái)自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開(kāi)發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類(lèi)繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器是其中重要的一類(lèi)傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了這一溫度測(cè)量系統(tǒng)。文中將傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用熱電阻作為溫度傳感器來(lái)測(cè)量實(shí)時(shí)的溫度，以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過(guò)程。本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為溫度測(cè)量顯示系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、生產(chǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。本課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測(cè)并顯示溫度。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器，信號(hào)放大電路，溫度采集顯示模塊三個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。溫度計(jì)原理圖的選擇方案一：設(shè)計(jì)者陽(yáng)武杏本電路由三部分組成：非線性補(bǔ)償，調(diào)零電路，放大電路.整個(gè)電路處理完成時(shí)輸出：0℃對(duì)應(yīng)0mV，100℃對(duì)應(yīng)200mV。一級(jí)OP07做PT100的非線性處理，輸出的信號(hào)由二級(jí)OP07做調(diào)零處理，再把信號(hào)送給三級(jí)OP07做穩(wěn)定的放大，放大的信號(hào)送入TCL7107采集顯示。方案二：恒流源處理設(shè)計(jì)者肖亞軍通過(guò)OP07做一個(gè)1mA恒流源，為PT100提供穩(wěn)定的電流，溫度傳感器兩端的電壓再通過(guò)OP07調(diào)零、放大輸出。放大的信號(hào)送入TCL7107采集顯示。PT100的溫度從0到100℃顯示0到200mV。恒流源的設(shè)計(jì)：原理圖中當(dāng)R10=R20,R40=R50,R30=R40+R50.I=VCC*R30*R40/R20方案三：分壓處理法設(shè)計(jì)者顏小勤分壓處理是基于恒流源基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，調(diào)試過(guò)程中分壓只要電阻達(dá)到一定的大小，流過(guò)整個(gè)電路的電流就小于1mA，PT100的電阻在0到100℃里電流基本穩(wěn)定不變，溫度傳感器分的電壓再經(jīng)過(guò)OP07調(diào)零放大輸出。放大的信號(hào)送入TCL7107采集顯示。PT100的溫度從0到100℃顯示0到200mV。溫度計(jì)原理圖的選擇方案方案選擇:每個(gè)方案都做出了實(shí)物，在實(shí)物的基礎(chǔ)上選擇方案三。方案一做出來(lái)的實(shí)物結(jié)果跟仿真差了太多，性能太差。方案二和方案三相差不大，方案三節(jié)省一個(gè)OP07。各組成部分的工作原理溫度計(jì)處理電路的工作原理測(cè)溫的模擬電路是把當(dāng)前PT100熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的電壓值，經(jīng)過(guò)OP07放大信號(hào)后送給ICL7107采集。因?yàn)闊崦綦娮璧淖柚岛蜏囟瘸收汝P(guān)系，設(shè)計(jì)人員只需將已知電流流過(guò)該電阻就可以得到與溫度成正比的輸出電壓。根據(jù)已知的電阻-溫度關(guān)系，就可以計(jì)算出被測(cè)溫度值。PT100分度表OP07的介紹op07的功能介紹：Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25μV），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。特點(diǎn)：超低偏移：150μV最大。低輸入偏置電流：1.8nA。低失調(diào)電壓漂移：0.5μV/℃。超穩(wěn)定時(shí)間：2μV/month最大高電源電壓范圍：±3V至±22V工作電源電壓范圍是±3V~±18V；外觀圖管腳圖1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4電源負(fù)，5空腳6為輸出，7接電源正。ICL7107電路的工作原理ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含31/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開(kāi)關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。ICL7107采集溫度處理電路的電壓信號(hào)顯示在數(shù)碼管上。注意接地引腳：芯片的電源地是21腳，模擬地是32腳，信號(hào)地是30腳，基準(zhǔn)地是35腳。38，39，40組成特定的頻率網(wǎng)絡(luò)?？傠娐穲D總電路就是把溫度處理電路與信號(hào)采集顯示電路的組合，由前端信號(hào)的處理送到TCL7107芯片的采集電路。溫度傳感器處理電路的仿真方案一方案二方案三ICL7107電路的仿真TCL7107的電路仿真是同一個(gè)模式總電路的仿真此處只帖了方案三的總電路，其他2個(gè)方案仿真結(jié)果基本相同。protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝protel制圖溫度計(jì)處理電路原理圖方案一：方案二：方案三：溫度計(jì)處理電路PCB布線圖方案一：方案二：方案三：溫度計(jì)處理電路PCB板三維圖方案一：方案二：方案三溫度計(jì)處理電路PCB板的制作制作流程：將布線的底層打印到A4熱轉(zhuǎn)印紙，將覆銅板磨光，把轉(zhuǎn)印紙對(duì)準(zhǔn)覆銅板，用熨斗壓熨半分鐘。最后用鹽酸加雙氧水腐蝕，比例為1：2混合加少量水腐蝕。清洗干凈后，用打孔機(jī)把焊盤(pán)孔打穿。方案三為方案一做出來(lái)驗(yàn)證結(jié)果不對(duì)，制作的萬(wàn)能板電路。圖如下：方案一方案三將各元件安裝到PCB板上對(duì)照原理圖，把各需要的元件找好，根據(jù)打印原理圖把各元件正確的放入焊盤(pán)中，用烙鐵焊錫焊接好。電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析溫度計(jì)處理電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)量時(shí)直接用電壓表測(cè)量輸出電壓和PT100的電阻測(cè)量電阻Ω105.3107.7110.6114.8119.6仿真電壓mV27.840.455.577.3102實(shí)測(cè)電壓mV27.239.854.576.2101.2總電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)測(cè)溫度是用實(shí)測(cè)電壓除以2轉(zhuǎn)換得到測(cè)量電阻Ω105.3107.7110.6114.8119.6仿真溫度℃13.920.227.738.651.1查表溫度℃1420273851實(shí)測(cè)溫度℃13.619.926.638.150.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析溫度處理電路模塊較少，因此我們?nèi)藳](méi)有將模塊拆分各自調(diào)試。電路總電流流過(guò)PT100分壓流進(jìn)OP07做調(diào)零處理，0℃時(shí)電阻100Ω，分壓為Vin=VCC/(R1+Rpt)*Rpt=95.2mV.調(diào)零原理送進(jìn)負(fù)信號(hào)是正信號(hào)抵消：VEE/R7=95.2mV，流入第二個(gè)OP07時(shí):Vi=R5/R3*(Vin+VEE/R7)。經(jīng)過(guò)放大后輸出為：V0=R9/R6*Vi。TCL7107采集時(shí)基準(zhǔn)電壓為Vref=200mV,顯示的數(shù)值與基準(zhǔn)的關(guān)系：Vin/Vref*1000。在實(shí)際電路中由于電阻的精密度不是很高，電阻不能百分之百的達(dá)到仿真時(shí)設(shè)置的電阻，測(cè)的誤差就比較大，總的來(lái)說(shuō)各部分設(shè)計(jì)的還算合格，萬(wàn)能板焊接的電路，電阻不能滿足時(shí)，用小精密電阻串聯(lián)補(bǔ)足大電阻少的那部分電阻。PT100的溫度在100℃以內(nèi)把它的變化看成為線性的，電流限制在1mA以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)從一開(kāi)始的課題確定，到后來(lái)的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來(lái)的調(diào)試和測(cè)試過(guò)程，這一切都使我們的理論知識(shí)和動(dòng)手能力進(jìn)一步得到提升。在畫(huà)原理圖、電路仿真和調(diào)試過(guò)程中不可避免地遇到各種問(wèn)題，這要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書(shū)本理論知識(shí)積極地思考，實(shí)在解決不了時(shí)候可以請(qǐng)教同學(xué)或指導(dǎo)老師。雖然在制作過(guò)程中不可避免地遇到很多問(wèn)題，但是最后還是在老師以及同學(xué)的幫助下圓滿解決了這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)課程設(shè)計(jì)與最后調(diào)試，相關(guān)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期的要求，很好地完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。在設(shè)計(jì)中，首先遇到的困難就是protel的不熟練。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的電路圖，但protel電路板設(shè)計(jì)和PCB布線中，其實(shí)沒(méi)有那么簡(jiǎn)