数显温度测量仪.docx
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数显温度测量仪
目录
第一章概述1
1.1数显温度测量仪简介1
第二章数显温度测量仪设计1
2.1总体设计1
2.1.1总体设计要求1
2.1.2总体设计方案2
2.1.3总体设计流程4
2.1.4流程图简单说明4
2.2功能模块5
2.2.1、测温部分5
2.2.2、温度检测电路模块5
2.3电压放大电路模块6
2.4温度数字显示部分7
2.4.1ICL7107电路部分7
2.4.2显示电路部分8
第三章系统调试8
3.1系统功能8
3.2与实际对比8
第四章心得体会9
第一章概述
1.1数显温度测量仪简介
温控仪是调控一体化智能温度控制仪表,它采用了全数字化集成设计,具有温度曲线可编程或定点恒温控制、多重PID调节、输出功率限幅曲线编程、手动/自动切换、软启动、报警开关量输出、实时数据查询、与计算机通讯等功能,将数显温度仪表和ZK晶闸管电压调整器合二为一,集温度测量、调节、驱动于一体,仪表直接输出晶闸管触发信号,可驱动各类晶闸管负载。
YWK-CT温度控制器采用智能PID控制,当通过热电偶(热电阻)采集的被测温度偏离所希望的给定值时,YWK-CT温度控制器可根据测量信号与给定值的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算,从而控制继电器通断比率,促使测量值恢复到给定值,达到自动控制的效果;控制器还具有上、下限温度告警和继电器输出功能,性价比高,可广泛用于电力、化工、注塑、包装、食品等企业。
此次设计温控仪主要想用温度传感器采集当前温度,在数码管上显示。
第二章数显温度测量仪设计
2.1总体设计
2.1.1总体设计要求
(1)温度范围为:
-50℃~+150℃;
(2)采用八位单片机作为控制芯片;
(3)测温传感器采用PT100;
(4)对应温度范围要求变换为0-5v;
(5)用两位数码显示范围0.1C;
(6)要求可通过键盘设置参数如:
温度上下线报警值;
(7)具有声光报警功能;
(8)采用线性电源,AC220V±15%
2.1.2总体设计方案
本次设计由8位单片机8051、CC7107(ICL7107)3
位A\D转换器组装的数字电压表显示。
测温传感器铂100热电阻(Pt100),热电阻变换电路要求用全桥测量电路。
通过网上查找资料以及自身理解我选择用ICL7107芯片,经过铂金属的传热和中间电路将热信号转换为电压信号再经放大后输入到ICL7107芯片,最后经数字显示电路将温度信号显示。
采用铂金属温度传感器来检测温度的变化,铂金属温度传感器的电阻值会随着外界温度的变化而变化,并且近似为线性关系。
利用这种线性关系,可以组成温度测量电路。
从这个电路中将会得到跟随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。
温度测量电路模块输出的电压信号的伏值一般较小,不能直接用于后续电路模块的输入信号,因此,要在温度测量电路模块后面加上电压放大电路。
将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大,使得其输出的电压伏值能够满足后续电路模块的输入要求。
放大电路模块输出的电压信号分为两路:
一路直接用于数字显示电路模块的输入信号,从而得到直观的温度数据;另一路将输出的电压信号作为继电器驱动电路模块中的电压比较器的一个输入信号。
温度控制电路模块的输出电压信号也分为两路:
一路直接送到数字显示电路模块的输入端,这样即可显示出当前要设置的温度值;另一路送入继电器驱动电路模块中的电压比较器的另一个输入端,与放大电路模块输出的电压信号进行比较,从而由这两路输入的电压信号决定电压比较器的输出电压信号。
电压比较器的输出电压信号由其两路输入电压信号所决定。
当两路输入信号的输入电压不相等时,则继电器驱动电路模块工作,从而控制外界温度的变化,并将变化结果输入到数字显示电路模块中;当两路输入信号的输入电压相等时,则继电器驱动电路模块不工作,从而控制外界温度向相反方向变化,并将变化结果输入到数字显示电路模块中。
数字显示电路模块的输出显示内容,由其输入的电压信号所决定,并且其输出显示的段码数字与输入的电压信号呈一定的线性关系。
这样就可由其输入的电压信号的伏值大小来控制其显示的内容,从而得到当前温度下的数字输出显示,从而可以直观的得到当前的温度值。
(系统硬件结构框图如图1所示)
图1系统硬件结构框图
2.1.3总体设计流程:
图1总体设计流程图
2.1.4流程图简单说明
先由铂金属传递温度信号,因为温度信号较小,因此要在电路中加入电压放大电路将信号放大,以满足测量的要求。
信号经过放大之后分为两路:
一路直接输入数字显示电路模块的显示信号,另一路经继电器驱动电路模块中作为电压比较器的一个输入信号。
2.2功能模块
2.2.1测温部分
PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:
R=Ro(1+αT) 其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度
因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。
图2测温部分采用全桥电路图
2.2.2温度检测电路模块
电阻电桥的两个输出端电压的差值(此即为Pt电阻在温度变化时导致的电阻变化所引起的电压值的改变量)可由以下公式求得:
其中,U为10V,R0为100
,
为Pt电阻在不同温度下的电阻值与在0℃时标称电阻的差值,并且当铂电阻传感器所处温度为零下时,差值为负值;当铂电阻传感器所处温度为零上时,差值为正值。
下表为铂热电阻的分度表。
表1铂热电阻分度表
由此表可知,当温度为0℃时,铂电阻传感器的电阻值为100
;当温度为-50℃时,铂电阻传感器的电阻值为80.31
,与标称电阻值的差值为
=-19.69
;当温度为150℃时,铂电阻传感器的电阻值为145.86
,与标称电阻值的差值为
=55.86
。
2.3电压放大电路模块
电压放大模块采用仪用放大器
图3电压放大模块图
2.4温度数字显示部分
2.4.1ICL7107电路部分
图4ICL7107电路模块图
ICL7107简介:
ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换器电路。
它包含七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。
ICL7107可直接驱动发光二极管(LED)。
ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好地结合在一起,它有低于10μV的自动校零功能,零源小于1μV/°C,低于10pA的输入电流,极性转换误差小于一个字。
真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。
在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的优点。
主要特点:
★保证零电平输入时,各量程的读值均为零。
★很低的噪声。
(小于15μVP-P)
★1pA典型输入电流。
★片上时钟。
★真正的差动输入和差动参考源,直接LED
★低功耗(典型值小于10mW)。
2.4.2显示电路部分
图5显示电路模块图
第三章系统调试
3.1系统功能
通过传感器对温度的感知,测试得到电阻量,再由纹理电路转换成电压量,进过A/D转换变为单片机能够处理的二进制。
在单片机处理中,将实际测得的温度与设置的预设温度都能在数码管上显示,通过按键可以改变预置温度。
如果实际温度小于预设温度时,绿灯会亮;如果实际温度大于预设温度时,红灯会亮,蜂鸣器同时响起。
3.2与实际对比
通过实际温度计读数与数码管显示温度对比,存在1度左右的误差。
第四章心得体会
通过这次的设计,使我对课本知识有了更深刻的了解,在理论知识的基础上自己动脑设计,是一种锻炼和提高的过程。
在这个过程中,不但使我发现自己学习中的漏洞加以改正,还使我了解到了更多的课外知识,使我受益匪浅。
同时,本次设计还提高了我自己独立完成任务以及面对挑战克服困难的能力。
从前期的基础知识整合到后期的调试,都使我学到了很多专业的知识。
遇到不会的就及时查找资料,向老师或同学咨询,及时解决问题绝不拖延;遇到调试不成功的情况,我会耐心的查找问题所在,一步一步的排查,这个过程使我更加细心,并且更具有耐心,这两种能力培养和提高使我更加适应研究性课题,也为今后的学习和研究做了很好的铺垫。
作为一个电子专业的大学生,面对如此严酷的竞争压力,在学好专业知识的基础上进行电子设计是必不可少的,它为我们今后的就业提供了更多的筹码,使我们的路能走个更远,其本身的价值和对能力的培养不言而喻,所以这次设计过程中我真的受益良多。
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