平均气温测量系统设计.doc

1、 摘要关键词：系统；温度测量；测温电桥；滤波；子系统放摘要后面 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量及监控系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，它对人们的日常生活有很大的影响，所以温度采集监控系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习设计基于集成运放、模拟运算电路、电压比较器、测温电桥、滤波电路等基本电路的多路温度采集监控系统，本次设计以上述几种电路作为数据处理与控制单元，采用测温电桥（传感器）采集温度信号，并将其转化为电压信号，在温度显示环节在将电压信号转化为温度信号，测量系统所处环境可能存在干扰，故采取多点测量求平均值以减小误差，这一环节要靠模拟运算电路

2、完成。由于温度变化缓慢，所以应在系统中加低通滤波电路避免外界高频信号的干扰。电压比较器及报警系统可以使温度超过预定温度发出报警信号，本设计以发光二极管的光信号作为报警信号。本设计可实现多路温度检测与监控及温度异常报警功能，方便管理员及时了解仓库中各点温度并可对温度的异常变化及时作出反应，为工作减少很多麻烦。 整个段首两格系统功能比较复杂，故分解成一系列子系统，也就是上述的各种电路，在保证各个子系统能正确运行的情况下，然后将各个子系统合理连接，并通过确定合适参数并通过调试保证系统能按照预期运行。 第一章 综述 由于温度检测控制系统不论在生活中还是工程商都具有非常重要的作用，这一课题已经被人们用多

3、种方法解决，其中最成功的的是基于51单片机的温度测量控制系统的设计，此外在温度检测方面，AD950因其检测方便迅速，原理简单日趋成为主流。 温度测量与控制电路是在实际应用中相当广泛的测量电路。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，从基本的单元电路出发，实现了温度测量与控制电路的设计。总体设计中的主要思想：一、达到设计要求；二、尽量应用所学知识；三、设计力求系统简单可靠，有实际价值。温度传感采用热电偶和温度补偿原理，为防止误差采用了多点采集求平均值的思想，尽可能地使结果精确。设计任务用感温电阻测量三处不同地点的气温，取平均值（用模拟求和电路实现），结果以05V电平输出。3.实现

4、与给定气温比较1.检测显示气温功能。测温范围 -4080。2.与预定温度比较，并进行声光报警。设计内容 1.原理电路的设计：包括温度测量电路、温度电压的变换、放大与比较电路、低通滤波电路、报警电路、输出转换电路。2.画出各部分电路原理图，并对其功能进行分析。 3.将各部分电路合理连接，保证系统能正常工作。 4.对电路对齐的部分或者整体进行仿真，验证系统的可行性。 第二章 多路温度采集监控系统的硬件设计2.1温度采集与显示系统 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温

5、，而且被制成标准的基准仪。 上图所示电路中，热敏电阻采用100铂热电阻，其阻值随温度变化而不断变化，而且这种变化是非线性的，不同温度下其阻值大小可由如下公式求解对于 0850的温度范围：=(1+At+Bt+Bt)公式都用编辑器作以上两式中： 在温度为t时铂热电阻的电阻值，；t 温度，； 在温度为0时铂热电阻的电阻值，；A 常数，其值为3.908310(-3)，(-1)；B 常数，其值为-5.77510(-7)，(-2） 在如图1所示的桥式电路中，如果，式中为滑动变阻器的阻值，为该环境温度下铂热电阻的温度，若等式成立，则电桥平衡，若等式不成立，两个输出端间将产生电位差，不考虑干扰，这个电位差是由

6、温度变化引起阻值变化引起，所以此电路的功能是将外界的温度变化信号转变成变化的电压信号，当然电路的参数应该预设定，假设常温25，由分度表查得此时的=110,由于三个测温电桥结构相同，现只取其中一个进行分析如下： = =等号也放到公式编辑器里面温线性变化的，所以将电流显示改装成温度显示的时候应注意温度刻度并非在表盘上均匀分布，所以电流表显示与当前温度具有的非线性关系可表示为：-4080时 2.2低通滤波电路图3所示的电路为一无源低通滤波电路，由于温度信号变化缓慢，属于低频信号，为防止温度测量系统受环境的影响下电路中高频噪声的干扰，特加入低通滤波电路，滤除掉系统中的高频噪声，使系统更加精确和稳定，为

7、达到滤波效果和不引起失真，系统的参数设定也应予间距要和上面一样 以严格控制，令，则可得出此低通滤波器的幅频特性、相频特性表达式为这种公式可以单独一行 看书上，由分析可知，时，为了尽量减小失真，应该使在不引起滤波性能的前提下尽可能地大，本滤波器应使电容C较小而R较大，以满足设计要求。2.3模拟运算电路图4所示电路为一连接缓冲电路，通过集成运放将双端输出转变成单端输出，其输入输出关系如下输入级参数具有对称性，是双端输入的比例运算电路，可实现差分放大功能，其输入输出关系为，只要，则有，图5所示电路为一模拟运算电路，其功能是将三个温度采样点采集的反应温度大小的电压信号通过求和与比例运算达到求平均值的目

8、的其输出将作为下一级电压比较器的输入，由于虚断，令，所以，所以，又由于虚短，综上2.4温度监控与报警电路图6为一电压比较器，其功能是将采集后并经过模拟运算的表示温度的电压信号与表示预定温度的电压信号进行比较，比较的结果将作为下一级电路的驱动信号，图7报警电路，上一级电压比较器的输出作为其输入信号，如果采集的三个电压信号求均值后小于预设定温度所对应的电压，则电压比较器输出低电平，导PNP型晶体管导通，如果参数选取适当，发光二极管将导通发光，作为报警信号指示平均温度低于与设定温度；如果电压比较器输出高电平，则NPN型晶体管将导通，电路参数合适，发光二极管将导通发光，作为报警信号，指示环境温度高于预

9、设定温度 假设设两个发光二极管和晶体管参数相同，晶体管放大倍数为，发光二极管导通压降均为发光二极管的导通压降比一般二极管大很多，由发光二极管的发光条件可知，除满足发光二极管端电压大于导通电压 外，通过发光二极管的电流须限制在其允许通过的电流的最大值与最小值之间，即，若上一级电压比较器输出高电平作为报警系统的输入，此时，晶体管T1导通对T1，若基极电阻与集电极电阻选取合适，则发光二极管D3，将导通发光，表明此时测得温度高于预定温度。 当电压比较器输出低电平作为报警电路输入时，电路工作原理与上述类似，在此不再赘述。2.5电路的整体构成通过查表可得出在常温20时，的阻值为110，设此时,根据常温下电

10、桥应保持平衡的条件，设V1=12V若，。若，。若，。，可选用量程为100的双向电流表。若，。若，。若，。但表头的刻度并非均匀分布，满足如下关系，A=3.908310(-3)，(-1)；B+-5.77510(-7)，(-2）。 参数适当将使得滤波器为理想低通滤波器，则滤波器输入输出关系近似表示为，信号几乎无失真地通过滤波器。 在输出转换电路中，通过理想运放，根据其运算关系，若，则输入输出对应关系为。 在模拟求和求均值电路中，根据运算关系不难得出，此几输入输出关系 为，对应预定温度的模拟运算电路的输出电压值，若实际输出温度大于预定温度，由上级电路的关系可知，实际输出电压值将大于此预定值，则比较器此

11、时输出高电平；若实际温度低于预定温度，则电压比较器将输出低电平，电压比较器输出电平将作用于报警电路，输出电平的不通则则报警电路的工作状态不同。这正是判别温度高于或低于预定值的基本原理。 报警电路中发光二极管参数相同，导通电压导通时电流应满足，设晶体管的放大倍数 当，得到，发光二极管可正常导通发光。 第三章 心得体会 这是大学以来的第一次课程设计，由于前期理论知识掌握得不太牢固，加上缺少这方面的经验，在设计时候遇到了许多问题，这都暴露了自身的不足。比如将各个基本电路级联的时候，由于没能牢固掌握集成运放的原理及分析方法，在将双端输出转换为单端输出时遇到了不少麻烦，而且在模拟运算电路运算环节，确定电

12、路参数时也出现了错误，在老师的热心指导下终于解决了这些问题。这次课程设计，更多的暴露了自己以前只注重理论知识的学习，不能联系实际的问题，使我明白了理论应当与实践联系起来，在实践中被检验。这次设计从确定题目到初稿，也考验了自己的综合能力，从CAD作图到版面排版，都有过很多曲折。 这次课程设计，感觉自己收获了很多，首先是发现了自己的专业知识准备不足或不充分的地方有很多，更使我没明白了动手能力与实践的重要性。 由于时间仓促，能力有限，错误纰漏在所难免，希望老师批评指正！参考文献 【1】 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，2006.【2】阎石.数字电子技术基础.第五版.北京.高等教育出版社.2005【3】赵光宙.信号分析与处理.第二版.北京.机械工业出版社.2006【4】邱关源.电路.第五版.北京.高等教育出版社.2006【5】周南生，彭军译.晶体管电路设计.北京.科学出版社.2004