温度检测显示与控制器设计制作.docxVIP

装 订 线一、实验目的 装 订 线 1.学习温度传感器的原理、特性及基本使用方法。 2.熟悉集成运算放大器在测量电路中的实际运用。 3.学习并掌握对非电量信号的检测与控制及其电路的设计与调试。 二、实验原理 温度检测电路是由温度传感器、调整放大电路等构成，温度值的数字显示由A/D转换器级相应的显示电路等构成，检测电路与显示电路构成温度的测量系统。根据温度的测量值与预先设定的值进行比较，决定被控制对象是否进行加热从而使被控制对象的温度维持在设定值附近就构成了温度控制系统，温度的控制系统由温度设定电路，比较控制电路和驱动加热电路构成。如下图所示为测量与控制系统的系统原理方框图。 系统原理方框图 P. P. 温度传感器 本设计采用的是集成温度传感器LM35，LM35是美国国家半导体公司生产的，具有很高的工作精度和较宽的的线性工作范围，工作电压范围为4~30v。其输出电压与摄氏温度成线性比例关系，非线性温度误差低于0.25℃，线性的温度系数为+10mv/℃,无需其外部校准或微调。输出电压与温度的表达式为 Uout=10mv/°C×t°C LM35的典型应用如下图，其供电模式有单电源与正负双电源两种模式。正负双电源模式可提供-55℃到150℃的全程范围测量；单电源供电模式在25℃下的电流约为50uA。温度传感器LM35测量温度的范围0到100℃，其输出电压范围为0到1v。 LM35两种供电模式 控制驱动电路 系统控制就是为了克服各种扰动的影响，对系统中的某一个或某一物理量进行偏差纠正的运行，已达到预期的系统稳定目标。最基本的的控制方式就是闭环控制，也称反馈控制。其要解决的主要问题是系统动态过程和稳态时的性能，归结为三个字：稳、快、准。自动控制系统简单说是由被控制的装置和被控制的对象组成，就是在无人直接参与的情况下，通过外加的装置（控制器），使被控制对象的某个工作状态或参数（被控量）自动的按照预定的要求运行。下图为温度自动控制系统的工作原理图。 给定值Ut被控对象驱动加热运算调整比较 给定值Ut 被控对象 驱动加热 运算调整 比较 测量值Ut 测量值Ut 温度自动控制系统工作原理图 在模拟电路系统中，如果被控参数单一，系统的扰动强度较弱，稳态性能要求不高，则可采用迟滞比较器或滞回比较器，又称施密特触发器作为控制器实现基本的系统调控。如下图所示。迟滞比较器的优点是加有正反馈，可以加快控制器的响应速度。当输出的状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过?U之值，输出电压的值就是稳定的。但随之而来的是分辨能力的降低，因为它不能分辨小于?U的两个输入电压值。另外，迟滞比较器的正反馈很强，远比模拟电路中的寄生耦合强的多，因此，可免除由于模拟电路寄生耦合而产生的自激振荡，增加了抗干扰性。 迟滞比较器工作电路及电压传输特性 三、实验任务： 1、选用合适的温度检测传感器，设计一个能实现测量范围0~100℃，测量精度为0.1℃的温度检测转换电路。 2、选用合适的集成基准电压源，设计一个能实现可调输出的基准电压源。 3、设计一个温度加热控制电路，实现用电位器调节电压值的方式来设定控制温度值，当检测温度值低于设定值时，加热电路工作；当检测温度值高于设定值时，加热电路停止加热。 4、综合以上设计，完成一个能实现温度检测、控制和加热等功能的电路，绘制相应的电路图，同时完成相应器件的选择和参数计算，制作电路板，进行器件安装和功能调试。 5、完成设计方案、电路制作、功能调试等步骤的书面小结。 四、实验电路设计 1、测温电路设计 测温电路设计图 如上图，温度传感器采用LM35，采用单电源5V供电，在温度为0~100℃，LM35的输出电压为0~1v,在LM35后连接电压跟随器，消除后一级电路对LM35测量输出的影响。由于LM35的输出存在一定误差，且输出是线性的，之后可以连接电压微调电路，电路微调电路是由运算放大器构成的反向加法器，一般情况下，LM35的输出误差在几到几十毫伏，可以通过加法电路消除，且误差可正可负，所以通过三排针根据实际误差，输入正或者负5v的电压，再经过电位器和电阻分压，产生消除误差所需要的电压，由于反向加法器输出的电压是负电压，后面的显示电路和控制电路要求的是正电压，所以加法器后连接反向器，从而保证温度为0~100℃，测量电路的输出是0~1v。 控制驱动电路的设计 根据被控制对象的控制精度的不同要求，可选择不同的控制方式。在控制精度要求较高的场合，PID（比例微分积分）调节控制方式是最后的选择，它可以使系统快速地达到预设定的要求，并稳定在设定值上。在控制要求精度不高的情况下，可选择二位式或三位式调节控制方式。二位式调节控制方式的原理是当测量值低于设定值是，执行器件工作，满负荷输出；当测量值达到或高