传感器原理及工程应用

课程实践报告

测温二极管传感器的温度测控电路设计

姓    名         XXX    　       

学    号        13110XXX         

    专　　业      电气工程及其自动化  

课    程      传感器原理及应用    

课题：基于测温二极管传感器的温度测控电路设计

温度是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关，也是仪器科学和各类工程设计中必须精确测定的重要物理量。随着科学技术的发展，使得测温技术迅速发展，测温范围不断拓宽，测温精度不断提高，新的温度传感器不断出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器等。由于检测温度的传感器种类不同，采用的测量电路和要求不同，执行器、开关等的控制方式不同，所以相应的硬件和软件也就不同。

但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下传感器选择与测控电路的设计、制作的基本过程是很有必要的。

一、基于测温二极管传感器的温度测控电路设计的工作原理

本课题中测量控制电路组成框图如下所示：

应用1N4148二极管的温度传感器与集成运放设计温度测量与控制控电路，测量温度的范围为-40℃～125℃，工作电路输出二值输出；电路输出控制继电器工作，实现加热与制冷的转换控制，把控制对象温度控制在要求的范围之内（-40℃～125℃）。

电路工作过程为：由二极管IN4148作为温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，

继电器2动作，控制制冷器开始制冷。当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭，继电器全断开，不加热也不制冷。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。

 为避免测温二极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过

  测温元件的电流超过1mA。

二、总的原理图

图1

三、 各组成部分的工作原理

1转换电路：将二极管IN4148采集的温度信号转换成电信号。

图2

2差动放大器：由于电信号非常微弱，需要将电信号放大处理。

图3

3同相比较器：当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。

图4

4反向比较器：当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，继电器2动作，控制制冷器开始制冷。

图5

5 LM324特性：LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V。

6 9013三极管特性：9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管。

四、电路安装、调试步骤及方法

在室温下调整RPl，使U1B的输出UO2为室温时的电压输出(当量为10mV／℃)。将VDl

放入热水(40～50~C)中，调整RP2，使U1B的输出UO2正确。注意应反复调整电位器RPl、

RP2，使UO2输出正确。

调整RP3，使a点的电位对应控制温度上限值y1；调整RP4，使b点的电位对应控制温度下限值y2，U1C和U1D分别控制继电器K1和K2。   

当温度低于控制温度下限值y2时，红色发光二极管亮，K2继电器吸合，控制加热器开

始加热。

当温度高于控制温度上限值y1时，绿色发光二极管亮，Kl继电器吸合，控制制冷器开

始制冷。

当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭，K1、K2继电器全断

开，不加热也不制冷。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。

五、 实验结果分析

结论：温度每降低5℃，电压值就会升高0.6V左右。

六、心得体会

经过一个多星期的课程设计，我的感受颇多，电路的设计就不是太容易，电阻电容的选取和参数设置，都要经过仔细的计算，同时我们也要做到又快又好，都要之前做好充分的准备和计划，否则实施起来会出现很多意想不到的错误。之前的所有工作相比接下来的电路调试，都相差很多了。调试电路时，什么情况都会出现，改变滑动变阻器的阻值时，我们就遇到LED灯毫无变化，遇到困难时，心理还是没底，我们还得继续努力学习，解决各种困难，收获成功！

参考文献

[1] 童诗白主编.《模拟电子技术基础》(第三版)·高教出版社.2001

[2] 杨素行主编.《模拟电子线路基础简明教程》杨素行(第二版)·高教出版社.1998

[3] 王成华主编.《电子线路基础教程》.科学出版社.2000

[4] 李万臣主编.《模拟电子技术基础实验与课程设计》(第一版)·哈尔滨工程大学出版社·2001

[5] 孙梅生主编.<<电子技术基础课程设计>>.高教出版社.1989

 

第二篇：课程设计报告 温度传感器

单片机控制ADC0809模数转换及显示的设计

【摘要】传感器的作用是将不易检测的非电量信号转换为易于检测的电信号，如电压、电流、电荷等，为了实现系统自动化和智能化，就需要有中央处理器对外界信号进行分析并作出相应的处理，而CPU属于数字系统，只能用于处理数字信号，这就需要将模拟信号转换成数字信号来处理，因此，信号采集与处理系统的设计与研究有着十分重要的意义。

【关键词】模数转换 CPU

【Abstract】The function of the sensor is to convert unelectronic signal to electronic signal which is easy to be tested, such as voltage\current\charge. To realize automation and intelligent of the system , there is necessity that CPU need to analyze the outer signal and response to it, but CPU is digital system, and it can only process the digital signal directly, so we must convert the analog signal to digital signal firstly. It is important to design and study the sample and process system.

 【Keywords】the converting of analog to digital  CPU

一、设计目的

1.学习操作数字电路设计实验开发系统，掌握数据采集工作原理及应用。

2.掌握proteus和单片机C语言设计方法。

3.学习掌握单片机设计的全过程。

二、设计内容

本课程设计是利用51单片机设计一个数据采集系统，并用4位数码管显示输入的电压。选用ADC0809芯片作为AD转换电路，设计中把输入的电压量转换成数字量进行显示。

设计具体要求如下：

1. 在proteus中绘制电路原理图；

2. 熟练掌握单片机C语言，编写控制程序；

3. 利用proteus仿真所编写的程序，模拟验证所编写的模块功能；

4. 整理设计内容，编写设计说明书。 

三、设计方案（包括器件选择、工作流程框图）

本课程设计的基本要求就是用单片机控制ADC0809的模拟采集并将采集的电压值显示在四位数码管上，为了使设计功能更加完善，如总体方案框图所示，可以为最小系统添加按键模块，因为ADC0809模数转换器有八路模拟采集通道，为了充分利用系统资源，可以通过添加按键模块来控制采集通道，实现多路通道分时采集。同时，在实际工程中，比如自动化、智能化控制系统中，往往需要有根据外界输入的情况对其作出智能化反馈，使系统实现良好的人机交互。该设计实现当输入电压大于或者小于一定范围的时候，LED灯点亮。

 

              

图 1 系统设计总体方案框图

1、AT89C51单片机简介

本课程设计的要求比较简单，所以可以选择使用比较简单的MCS-51系列的AT89C51单片机即可。

其特点如下： 

图 2 AT89C51 引脚图

l  8位CPU，即CPU一次可以处理8为数据。

l  布尔代数处理能力，具有位寻址能力。

l  128B内部数据存储器，21个专用寄存器。

l  两个16为可编程定时器/计数器

l  32个（4×8位）双向可独立寻址的I/O接口。

l  一个全双工UART（异步串行通信接口）。

l  5个中断源，两级中断优先级控制器。

l  时钟电路，外部晶振和起振电容可产生1.2～12MHZ的时钟频率。

l  外部程序存储器寻址空间为64KB，外部数据存储器寻址空间为64KB。

l  单一+5V电源供电，双列直插式40引脚DIP封装。

l  和MCS-51系列产品指令兼容；

l  6个中断源。

l  低功耗掉电和待机模式。

重要引脚介绍：

表 1 单片机部分引脚功能

2、ADC0809模数转换器简介

   本数据采集系统采用单片机作为处理器，单片机所处理和传输的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大多数都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换为电信号后，需要模/数转换将其变成数字信号才能输入到数字系统中进行处理与控制，因此，把模拟量转换成数字量的输出的接口电路，即A/D 转换就是实现信号转换的桥梁。

图 2 ADC0809引脚图

    目前，有多种类型的A/D转换器，如并行比较型、逐次逼近型、积分型等。本设计采用逐次逼近型ADC0809转化器，该类型模数转换器转换精度高、速度快、价格适中，是目前种类最多、应用最广的模数转换器。如ADC0809内部结构图，此模数转换器由比较器、D/A转化器、寄存器、时钟发生器以及控制逻辑电路组成。

    ADC0809 就是一种CMOS单片逐次逼近式A/D转换器，其内部结构如图所示。该芯片由8路模拟开关、地址所存于与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等电路组成，因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力。该器件既可以与各种微处理器相连，也可以单独工作，其输出与TTL电平兼容。

具体特点如下：

l  分辨率为8位。

l  电压输入型。

l  误差为±LSB，无漏码。

l  转换时间为100us。

l  很容易与微处理器连接。

l  单一电源+5V供电，此时模拟通道输入的量程为0～5V。

l  无需零位与满量程调整。

l  带有锁存控制逻辑的8通道多路转换多路开关。

l  可使用5V电压作为基准电压。

l  内部带有锁存器的三态数据输出。

图 3 ADC0809内部结构图

表 2 ADC0809各脚功能

ADC0809的工作过程：

首先，输入3位地址C、B、A的值，如通道选择方式所示，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中，此地址经选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近型寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D

转换完成，EOC变高，只是A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用中断申请，当OE输入高电平时输出三态门打开，转化结果的数据量输出到数据总线上。

   转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理，数据传送的关键问题是如何确定A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行数据的传送。有定时传送方式、查询方式、和中断方式，本设计功能较为单一，对CPU使用效率没有特殊要求,我们可以采用查询方式,查询EOC是否为1。

图 1 通道选择方式

图 2 ADC0809工作时序图

五、硬件电路设计

六、软件程序设计

七、设计结果

八、设计结论

九、参考文献

十、原理图附件和程序