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多路数据实时监控系统

多路数据实时监控系统常用于自动化工业生产或大型设备（如激光器）中，

经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数（如压力、温度、流量、电压、

电流等不）实时的巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。

一、设计任务

设计一个多路数据实时监控、显示、报警系统。各路模拟参数的控制要求如

下：

1.正常工作温度：测试正常工作温度，T=27℃±3℃，当T＞30℃时，报警

(发光显示)；当T24℃时，报警。

2.正常直流电压：Vdc=（1.5~3.5）V，当Vdc1.5V时，报警（可发光显示）。

3.交流正弦电压：Vac=（1~2）V，f=1KHz，观测D/A转换后的电压波形。

二、调试步骤

1.根据设计任务设计并制作多路数据实时监控系统电路，并逐级调试。如：

多路模拟开关、采样/保持、A/D转换等。

2.在T=20℃～30℃温度范围内测量AD590温度传感器的温度﹣电压变化曲

线，确定T=27℃±3℃所对应的电压值。

3.根据步骤2所测电压值，设计并调试温度变量的转换与比较电路，并用

发光二极管显示不正常温度。

4.设计并调试模拟信号为直流电压时的比较电路，当输入电压Vdc1.5V

时，发光二极管显示欠压状态。

三、设计原理

1.电路组成与框图

设计多路数据实时监控系统要求不间断地分别对温度、电压输入实时进行检

测、监控并实现报警等功能，并对输入的温度、电压通过A/D转换显示。框图如

5-8-1图所示。图中三路模拟信号分别为温度（T）、直流电压（Vdc）、交流电压

（Vac）。

图5-8-1多路数据实时监控系统框图

电路分为温度测量与显示，温度传感比较报警，多路数据检测，A/D转换、

译码显示等几部分组成。

2.原理分析与系统设计

（1）温度传感

传感器的种类很多，最常用的有光传感器、温度传感器和压力传感器等。在

此设计中用的是温度传感器AD590。

AD590是电流型（即产生一个与绝对温度成正比的电流输出）集成温度传感

器的代表产品，它跟传统的热电阻、热电偶半导体PN结等温度传感器相比较，

具有体积小、线性度好、稳定性好、输出信号大且规范化等优点。

AD590的主要电器参数为：

工作电压范围：+4V~+30V

测温范围：-50℃~+150℃

温度系数：1µA/K

25℃时的电流输出：298.2µA

输出阻抗：＞10MΩ

由于AD590是个温控的恒流源器件，因而使用时往往需要将其输出电流信号

转换为电压信号。图5-2-7为AD590测温电路，是一个最简单的测温电路。它仅

对某一温度进行调整，至于这一点选至什么温度值，要看使用范围而定。例如，

若选在25℃，通过调节Rw，使（R+Rw）·I=298.2mA，则在此温度下的温度系数

能满足1µA/K的精确度要求。

图5-8-7AD590测量电路

（2）电压比较

经过传感器转换后的电信号与某一给定值（基准电压Vr）比较时，将产生

一个开关信号，此信号送到执行机构即可报警（或发光显示）。

基本的热—电、光—电转换电路为桥式电路，与比较器相连，可以构成热动

（光动）开关，如图5-8-8所示。比较器基准电压根据需要可以任意调节。当输

入信号大于V1或小于V2基准电压，发光二极管工作，表示电路工作在不正常状

态。这里将V1、V2设为基准电压。比较器输出也可以接报警电路，当输入的信

号超出规定的工作范围时，可直接驱动报警器工作。比较器采用MOSFET运算放

大器CA3140。此设计中要求V1=3.03V，V2=2.97V，以满足测量温度T=27℃±3℃

的要求。

图5-8-8转换与比较电路

（3）模拟开关

本电路中使用的CD4051，是较常用的八选一模拟开关，具有双向传输性能。

CD4051的逻辑与引脚、功能如图5-8-9所示。

图