电子技术课程设计

1、设计题目

温度控制器的设计。

二、设计任务与要求

设计任务和要求。

在工农业生产或科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动地控制、调节该系统的温度。下面设计并制作对某一系统的温度进行测量与控制的电路。电路要求为：

被测温度和控制温度均可数字显示。

测量温度范围为~，精度为。

控制温度连续可调，精度为。

温度超过额定值时，产生声、光报警信号。

2、题目分析和内容摘要。

题目分析：温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。准确测量和控制温度，在科学实验中十分重要。

本次设计主要运用基本的模拟电子技术和数字电子技术的知识，同时综合温度传感器的相关应用，实现温度测量与控制电路的设计。

内容摘要：随着数字化时代的到来，用传统的水银或酒精温度计来测量温度，不仅测量时间长，计数不方便，而且功能单一，已经不能满足人们的要求。于是提出测量电路传感器监测外界温度的变化，利用a/d转换实现模拟信号与数字信号的转化，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后输出电压与温度值的关系，并通过数码管显示当前值，使其与温度数值上相等，从而实现温度的测量。

3、整体构思和方案选择。

方案选择：方案一：如图1所示，温度传感器模块将温度线性地转变为电压信号，经过放大电路，一路输入给a/d转换器，经过译码进行数字显示另一路与滑变分压电路相连，由此设定控制温度上下限，经过电压比较器，输出高低电平指示信号，由此控制温度控制执行模块和声光报警部分。

此电路最基本的特点就是电路结构简单，实现比较容易。

方法二：如图2所示，温度传感器用来测量被测体的实时温度并转换成电压信号，该电压信号经过滤波放大电路，成为有用信号分两路进入后续电路：一路进入a/d转换电路将其转换成数字信号显示；电压信号的另一路进入电压比较器，与输入控制温度电压信号进行比较，比较结果信号将驱动温度控制装置工作，对被测体的温度进行实时控制，电压比较器的比较结果将决定是否发出声光报警。

此方案是将测量温度与输入控制温度转换成电压信号进行比较，从而实现了温度的控制。图1图2

综合两个方案的的比较，我觉得第二个方案比较可行。

整体构思：总体设计框图如下图3所示，从温度的采集到与设定温度的比较，再到控制过程都是模拟信号，在显示电路中，将模拟信号转换成数字信号显示。主要由以下几个模块构成：

温度传感器、a/d转换器、电压比较器、控制电路（温控电路）、声光报警器、转码电路、显示电路、加热电路。

图3五、具体实现和各部分定性说明及定量计算。

各模块设计：

1.温度传感器：

a)铂测温金属：

金属具有随着温度的升高电阻值增大的特性，电阻率与温度的具体关系为：ρ=0（1+αt），其中ρ0为零度时导体的电阻率，α为导体的温度系数。利用金属的这一特性，我们可以通过监测金属电阻的变化实现温度测量。

制作测温电阻的材料除了铂以外还可以是铜活镍等，而铂的纯度大于99.999%，是最佳的测温材料。

b)测温基本电路：

电路的输出： eout=r1δrvin /(r1 +r0 +δr)(r1 +r0 )

由于分母中有δr项的存在，在恒定条件下工作除了传感器的非线性误差外，还有恒压电路产生的误差，使得误差变得更大。为此在恒压下工作必须要有线性校正电路。

2、a/d转换器。

利用集成芯片ad574，再结合两片74ls283（4 位二进制超前进位全加器）构成。该方案工作原理是先将模拟量转换成9位二进制数，再将最低一位和前八位相加这样就可以将测量精度提高到±0.5℃.

3、电压比较器。

lm324是运放集成电路，电路模型如图4所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

图44、控制电路。

由于通过温度传感器测得温度后，将温度值转化为电压值，因此，利用电压值之间的大小关系就可以控制温度的大小。我们调节温度是将其转化为电压的形式，通过改变电压值来实现控制温度与被测温度的比较。所以，利用刚才介绍的lm324电压比较器来完成控制电路的核心控制，由于比较器最小输入电压差为40mv，而温度测量中输出电压精度在5mv，因此需要加大电阻以提高电压值，以实现两个电压的正常比较。

控制电路图如下：

图55、声光报警器。

主要构成器件为555定时器集成芯片。它组成的多谐振荡器再加上发光器件和扬声器，就构成了此声光报警器，当前置电路产生的逻辑信号为高电平时，则该声光报警装置工作，发出声光报警。该设计的发声频率为：

f=1.44/[(r1+2r2)c1] ≈10khz

所以，发声持续时间： t=1/f≈1×10-4s。如图6所示。

图66、转码电路。

当电压信号经过a/d转换器转换后变成了8位二进制的数字信号而后续电路需要的是8421bcd码，所以需要进行码制转换。我们选用集成芯片74185来实现这个功能。

7、显示电路。

为控制温度的显示电路。这里采用的是七输入数码管，即七段显示数码管，这种数码管有共阴极和共阳极之分。应用此种数码管时，必须前置译码电路，即7448n七段数码显示译码器。

总电路图：元件清单表：

6、设计收获、体会和建议。

通过一周的课程设计，我对数字电路有了更进一步的了解，也对此产生了浓厚的兴趣。刚开始我不太明白电路时如何连接的，并且对其原理也只是略知一二，但通过翻阅大量的资料以及同学的互相沟通，最终使我克服了设计中遇到的困难，虽说不能说是很成功，但是感觉还行。在这次课程设计中我们不仅了解了关于电子技术的知识，更重要的是我懂得了如何在犹豫时鉴定自己的信念，如何在困惑中冷静的思考，如何在痛苦中放松紧张的情绪，如何在绝望中寻找重生的机会！

虽然过程曲折，但是从开始时满腹激情到最后，汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味和成长。有付出就会有收获，我相信在以后的日子只要凡事都坚持不懈一定会成功。

同时要给老师一些小小的建议：可以尽量提前一点点布置，不是说非要很多时间来完成，而是和多**课程设计都在同一周，如果能够错开时间更好了。

7、参考文献。

1、《电子技术实验》郝国法粱柏华编著冶金工业出版社 2024年4月第1版。

2、《电子技术基础（模拟部分）第五版》康华光主编高等教育出版社 2024年1月第5版。

3、谢自美。电子线路设计·实验·测试。华中科技大学出版社。2006.8

4、陆坤等。电子技术设计。电子工业出版社。2001.5

5、《数字电路课程设计及实验》李维主编大连理工大学出版社 2024年第1版。

6、《电子技术实验与实践》李素梅郭荣生编著中国石油大学出版社 2024年10月第1版。

7、文库《数字电子技术课程》、《温度与控制原理》

题目名称：温度控制器的设计

班级：自动化2012级1班

学号： 2012041340008

姓名：谭诗佳。

指导教师：宋玉阶

日期： 2014.6.17

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