多路温度巡回检测电路设计说明

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1、 . . . 多路温度巡回检测电路设计摘要：本文叙述的是一个八路温度信号进行巡回检测电路设计。电路包括多谐振荡电路，LED测量点显示电路，巡回检测电路，传感器电路等四部分组成。在传感器电路中使用的温度传感器把被检测信号变为电压信号，用模拟比较器把被检测信号进行处理，直接用数字电压表测出与温度值对应的电压值，并显示出该点是第几路检测点。本设计电路简单，可在生活生产中广泛使用。关键字：温度传感器；巡回检测；数据采集；驱动显示；一、概述温度测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数实时进行巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。利用单片机技术的

2、温度测控仪以其体积小、可靠性高而被广泛采用。随着社会主义市场经济的发展，很多生产设备、生产线、仓库、热工装置等需要温度测量。目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器。这种传感器至显示之间一般都用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线价格很贵，并且线路太长也会影响测量精度。在实际应用中往往需要对较远处的温度信号进行监视。本设计完成八点温度巡回检测，测温围为0C100C，相对误差1，并能用LED数码管显示出“第几路测量点”。二、方案论证方案一：在多路巡回检测电路系统中，利用了传感器进行数据采集与其转换，并由电压表显示，同时通过计数、译码、显示电路显示出是“第几路测试点”。本设计原理框图如图1所示

3、：传感器模拟 开 关电压表显示计 数、 译 码LED 显示测试点图1 多路温度巡回检测电路原理框图方案二：本方案采用数模转换与数字信号锁存技术。当需要显示指定通道数据时便选通相应的锁存器。同时数码管显示所选通的通道数。此方案控制简单，无需555做时钟振荡，A/D转换器也不许控制转换时序，只需一直处于转换状态即可。但是由于A/D转换器的转换精度限制，以与转换最小时长的限制使得最后输出的电压值的实时性和精度得不到保证。故舍弃本方案。D/A转换A/D转换数据锁存器传感器电压检测数码管通道显示图1 多路温度巡回检测电路原理框图2三、电路设计1、温度传感器AD590电路温度传感器AD590是电流型集成温

4、度传感器的代表，即产生一个与绝对温度成正比的电流输出。其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。利用了电压射随器与电压放大器，电压射随器把电信号采集进来，电压放大器把电信号进行放大，放大倍数为=R20R19 =10010=10 将信号放大，对温度的变化更加的敏感。传感器的设计如图2所示：图3 传感器部电路2、 电压数据选通电路需要输出的测量电压通过模拟开关CD4051的通道选择而选择不同的传感器测量值。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。其真值

5、表见表1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=5V，VSS=0V，当VEE=5V时，只要对此模拟开关施加05V的数字控制信号，就可控制幅度围为5V5V的模拟信号。电压数据选通电路原理图如图4所示。图4 4051的引脚图表1 4051真值表输入状态接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”01

6、01“5”0110“6”0111“7”1均不接通3、计数、译码、显示电路 计数器74161接受555单稳态脉冲发生电路的技术脉冲而时刻改变输出值。输出信号同时供给模拟开关4051和BCD译码器7448的作用下，通过此译码方式将显示和模拟开关选通的通道同步达到设计要求。计数器本为16进制，本设计只需8进制循环，所以高四第一高位就舍弃不接，这样并不影响电路正常工作。计数、译码、显示电路原理图如图5所示。图5 计数、译码与通道显示译码器输出端（Ya-Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。当要求输出015时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高

7、电平或者开路。当BI为低电平时，不管其他输入端状态如何，Ya-Yg均为低电平。当RBI和地址端（A0-A3）均为低电平，并且灯测试输入端（LT）为高电平时，Ya-Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya-Yg均为高电平。7448引脚图如图6所示：图6 7448引脚图计数器74161的清除端是异步的。当清除端CLEAR为低电平时，不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。74161的预置是同步的。当置入控制器LOAD为低电平时，在CLOCK上升沿作用下，输出端QA-QD与数据输入端A-D相一致。74161的计数是同步的，靠CLOCK同时

8、加在四个触发器上而实现的。当ENP、ENT 跳变与CLOCK无关。74161有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部分。其管脚图如图7所示，其引脚功能如下所示。PCO ：进位输出端CLOCK ：时钟输入端CLEAR ：异步清除输入端ENP ：计数控制端ENT ：计数控制端ABCD ：并行数据输入端LOAD ：同步并行置入控制端QA-QD ：输出端图7 74161的引脚图本电路显示部分采用用7段LED显示器构成显示器，段选线控制显示的字符，位选线控制显示位的亮或暗。数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点co

9、m，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g与 dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g与dp（小数点），如下图8所示。图8 7段码数码管原理图4、 振荡电路555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。若以555定时器的UI2端作为触发信号的输入端，并将由TD和R组成的反相器输出电压UC接至UI1端，同时在UI1对地接入电容C，就构成

10、了单稳态触发器。 输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。由电压波形图可知，tw等于电容电压在充电过程中从0上升到 所需要的时间，因此得到：通常R的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值围为几百皮法到几百微法，tw的围为几微秒到几分钟。但必须注意，随着tw的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。由 的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间T2各为：故电路的振荡周期为：图8 振荡电路设计四、性能的测试1、传感器的性能测试传感器用来感受外界的温度变化，转换为电压信号。测试效果图如图9所示：图9 传感器测试系统如图9的显示结果，传感器正常工作，有电压输

11、出。2、 各路电压显示与选路的电压显示如图10所示：图10 各路电压与选路的测试图如上图所示，各个电压表采集了各路可变电阻的电压值。当虚拟开关的输入端置零时，选择是0通道，所以模拟开关的输出显示为0通道的电压数值。证明模拟开关正常工作。3、 巡回电路测试 如图11、12所示：图11 巡回电路测试图12 巡回电路测试由图11、12相比较，可见图11中输入译码器的BCD码为0011，所以选择3路，图12输入译码器的BCD码为0111，所以选择7路。由振荡器和计数器可使得循环系统正常工作。4、总体电路测试如图13所示：图13 总体电路测试如上图所示，整个电路正常工作。选择的第7通路，模拟开关输出的电

12、压值与R7所接的电压表示数一致。五、结论、性价比根据实验结果，本次设计完成了8路温度巡回检测。当任何一路传感器感应的电压发生变化时，电压表都能与时的反应出来。模拟开关使得其输出端显示选中的通路电压，由计数器和译码器使得系统实现巡回功能。除了用这种方法外以还可以利用单片机去实现此功能，单片机具有体积小，精度高等特点，方便控制和应用。所以可以尝试一下其他的方法。六、课设体会与合理化建议这次课程设计我最大的感触与收获就是实际与书本上知识的差别。理论的理解与实际的联系是困难的。这样才能使我们更加重视理论与实际的结合。课程设计过程中，我完成了设计要求的所有容。在课设之前自己借阅了一些相关的书籍，在拿到任

13、务书后立即参照有关资料对题目任务进行了比较详尽的分析，并拟定了初步方案，之后的电路设计，实物连接以与软件调试，我都是认真对待，力求通过自己的努力去理解问题，应该说每一步走来都有很深刻的印象，课设过具体的硬件和软件设计实验操作，使得我们把课本理论真实的运用到实践中。在本次课程设计中，我觉得最有实际意义的并不是结果的成功，而是在老师认真细心的引导下，理解并且找到解决问题的思路和方法，然后自己用心去做，都能够奔着实事的心态，积极的认真的去思考问题，探讨问题。在这里我要感高秀文老师与其他老师，他们对我在题目中不明白的地方与时的解析和指导。相信通过本次课程设计，每位同学的理论和实践水平都会有所的提高，能够使我们在今后的学习和研究中更加出色。参考文献1 茂泰.智能仪器原理与应用.：电子工业，2004.72 PROTEL DXP电路设计与实例精解；黎文模，段晓峰编著；人民邮电出版；20063 科杰编著；新编传感器技术手册M；国防工业；19954 林庭双等编著；PROTEL DXP电子电路设计精彩例；机械工业；2005.65 学坚，周斌编著；微型计算机原理与应用；清华大学；20016 邱关源编著；电路；高等教育；1999附录I：总电路图附录II：元器件清单12 / 12