【正文】 學(xué) 號： 專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) 課題名稱： 數(shù)字式溫度測量 控制 電路的設(shè)計 指導(dǎo)教師： 2021 年 12 月 19 日 課題意義及現(xiàn)狀、需解決的問題和擬采用的解決方案 一．課題意義 ： 溫度是工業(yè)中非常關(guān)鍵的一項物理量，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、各種高新技術(shù)的開發(fā)和研究中也是一個非常普遍和常用的測量參數(shù)。 二 ．課題現(xiàn)狀 ： 本設(shè)計采用 K 型熱點偶與核心處理芯片相結(jié)合，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，用數(shù)字顯示。 把模擬電信號變換成數(shù)字信號 。 指導(dǎo)教師意見 ： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見： 教研室負責人： 年 月 日 課 題 摘 要 溫度是工業(yè)中非常關(guān)鍵的一項物理量 ， 在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、各種高新技術(shù)的開發(fā)和研究中也是一個非常普遍和常用的測量參數(shù) 。 本設(shè)計采用的溫度傳感器是 K 型熱電偶 ， 將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和 電信號的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個電信號可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即 A/D 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 在 通過數(shù)字電路（計數(shù)、譯碼和顯示）直接指示出溫度值 ，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如 攝氏度，然后通過顯示單元，如 LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要對某一系統(tǒng)的溫度進行測量，并能自動地控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。進一步熟悉集成運算放大器的線性和非線性應(yīng)用。 、設(shè)計要求 1) 能把 溫度量轉(zhuǎn)換成比例的模擬電信號（電壓或電流）； 2) 把模擬電信號變換成數(shù)字信號； 3) 最后通過數(shù)字電路（計數(shù)、譯碼和顯示）直接指示出溫度值； 4) 被測溫度和控制溫度均可數(shù)字顯示； 5) 測量溫度為 0?8000C，精度為 ?0． 50C； 2 設(shè)計方案： 圖 ：熱電偶溫度控制方框圖 比較器：選用運放構(gòu)成的遲滯比較器 A/D 轉(zhuǎn)換、顯示電路：選用 ICL7107 熱電偶可采用冷端補償（冷端恒溫法、補償導(dǎo)線法），經(jīng)過非線性反饋進行校正，形成線性凋零電路，量程調(diào)整采用定位器，設(shè)定值采用外圍硬件，用 7107芯片 A/D 轉(zhuǎn)換，用共陽數(shù)碼管驅(qū)動。 圖 ： K 型熱電偶 K 型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要 部件 組 成。 圖 ： 熱電偶溫度計示意圖 按右圖組成的熱電偶蕊及測溫電偶絲 1 ，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象 (即熱電效應(yīng) )。因此，在 A、 B 兩導(dǎo)體的接觸面上便形成一個由 A 到 B 的靜電場，這個電場將阻礙擴散運動的繼續(xù)進行，同時加速電子向相反方向運動，使從 B到 4 的電子數(shù)增多，最后達到動態(tài)平衡狀態(tài)。這樣將 1 產(chǎn)生的溫差熱電勢通過連接導(dǎo)線 2 在顯示儀表 3 中顯示出來。 ② 測量范 圍廣。 表 1： K 型熱電偶分度表 溫度 0 10 30 50 70 90 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 5 冷端補償 熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。然而，通常測量時儀表是處于室溫之下的，由于冷端不為零度，造成熱電勢差減小，使測量不準，出現(xiàn)錯誤。放大的對象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。 （ 1）電壓放大倍數(shù)定義為 : AU=uo/ui （ 2）電流放大倍數(shù)定義為 : AI=io/ii （ 3）互阻增益定 義為 : Ar=uo/ii （ 4）互導(dǎo)增益定義為 : Ag=io/ui LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。 由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬 ,靜態(tài)功耗小 ,可單電源使用 ,價格低廉等優(yōu)點 ,因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。電路無需調(diào)試。 OP07 同時具有輸入偏置電流低 7 （ OP07A 為 177。低失調(diào)電壓漂移： ℃ 。 OP07 芯片引腳功能說明： 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 接地， 5 空腳 6 為輸出， 7 接電源 + ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大額定值 。在溫度測量中大量試用的熱電偶，其輸出熱電勢 Et 與被測溫度 T 之間是非線性關(guān)系，而且不同種類的熱電偶，其非線性規(guī)律不通。折線的段數(shù)越多，逼近的精確度越高。這又給線性化增加了難度。該種方法的電路原理圖如圖 所示。 IC2的工作過程與此類似，不同的是 B點電位比A點高。對于熱電偶信號處理來說 ，有三段就可以使精度達到 %以上。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。至于使用地方，那就是你需要比較器和運算放大器的所有地方你都可以用，只是當你所需要用到運算放大器的地方對運算放大器的性能要求很高的時候那你就的看看 LM324 是不是滿足性能要求了！ 11 設(shè)定電路 設(shè)定電路的作用：當溫度在測量 0～ 600℃ 范圍內(nèi)，電路放大后的電壓信號通過電壓比較器與基準電壓進行比較，電壓信號小于基準信號，電路正常運行。由于反饋的作用這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。圖 2a所示為反相輸入遲滯比較器原理電路，它是在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，其傳輸特性如圖 2b 所示。 當 Vt 由零向正方向增加到接近 前， Vo 一直保持 不變。其傳輸特性如圖 XX_02b 所示。 驅(qū)動電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。 繼電器具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。 作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用： 1) 擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。 17 A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)化電路。一般情況下，量化和編碼是同時完成的。 Bck：千位筆畫驅(qū)動信號。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 = COM ：模 擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負極相連。 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