传感器与测控电路课程设计

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1、课程设计报告 题 目： 电路设计 课 程： 传感器与测控电路课程实习 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 总总 目目 录录 第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告 第三部分：焊接电路图及实物照片 第四部分：工厂实习报告 第 一 部 分 任 务 书 1 传感器与测控电路课程实习传感器与测控电路课程实习课程设计任务书课程设计任务书 课题：基于测温二极管传感器的温度测控电路设计课题：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

2、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。由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中 提示的传感器原理及应用 ， 测控电路 ， 模拟电子技术基础实验与课程设计 ， 电子技术 实验等书的有关章节。 一、基于测温二极管传感器的温度测量控制电路设计简介一、基于测温二极管传感器的温

3、度测量控制电路设计简介 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-65200，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（4060） 。要求测控电路具有加热和制 冷的指示功能。 二、基于测温二极管传感器的温度测控电路设计的工作原理二、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： 二二 极极 管管 温温 度度 传传 感感 器器 反反向向比比较较器器 制制热热 继继电电器器2 驱驱动动电电路路1 驱驱动动电电路路2 制制冷冷 继继电电器器

4、1 同同相相比比较较器器 差差动动放放大大器器转转换换电电路路 指指示示电电路路2 指指示示电电路路1 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 2 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， 2 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。 注意事项 为避免测温二极管本身通

5、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。 三、设计目的三、设计目的 通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的 连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高 分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、掌握传感器选择的一般设计方法； 2、掌握模拟 IC 器件的应用； 3、掌握测量电路的设计方法； 4、培养综合应用所学知识来指导实践的能力。 四、设计要求及技术指标四、设计要求及技术指标 1、设计、组装、调试测控电路； 2、温度控制范围：4060； 3、使用环境温度：常温 4

6、、输出信号：二值输出控制继电器工作； 5、温度范围控制，制热和制冷指示功能； 6、非线性误差：1。 五、设计所用仪器及器件五、设计所用仪器及器件 1直流稳压电源 2万用表 3运放 LM324 4电阻、电容若干、红、绿发光二极管 5温度传感器 1N4148 6万能电路板 7电烙铁等 3 六、日程安排六、日程安排 1布置任务、查阅资料，方案设计； （2.5 天） 根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出电路图。 2上机设计绘制电路接线图； （0.5 天） 对设计电路按元器件管脚实际排布绘制。 3电路的装配及调试； （3 天） 在万能板上对电路进行装配调试，要求设计电

7、路全面达到规定的技术指标，线路布置合理美观， 最终通过验收。 4总结撰写课程设计报告。 （1 天） 5参观实习（2.5 天） ，撰写实习报告（0.5 天） 七、课程设计报告内容：七、课程设计报告内容： 总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下： 1课程设计的目和设计的任务 2课程设计的要求及技术指标 3总方案的确定并画出原理框图。 4各组成单元电路设计，及电路的原理、工作特性(结合设计图写) 5总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及电路图讲解） 。 6电路安装、调试步骤及方法，调试中遇到的问题，及分析解决方法。 7实验结果分析，改进意见及收获。 8体会。 八、电子电路设计的一般方

8、法：八、电子电路设计的一般方法： 1仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有 价值的信息、方法。 （1）设计总体方案。 （2）设计单元电路、选择传感器、测量电路元器件、根据需要调整总体方案 （3）计算电路（元件）参数。 （4）绘制总体电路初稿 （5）上机在 EDB（或 EDA）电路实验仿真。 4 （6）绘制总体电路。 4 2明确电路图设计的基本要求进行电路设计。并上机在 EDB（或 EDA）上进行电路实验 仿真，电路图设计已有不少的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压 力，电路实验仿真大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体

9、布局，减少 电路不同部分的相互干扰等等。 3掌握常用元器件的识别和测试。电子元器件种类繁多，并且不断有新的功能、性能更 好的元器件出现。需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试方法。对于常用元器件， 不少手册有所介绍。 4、熟练使用仪表，了解电路调试的基本方法。通过排除电路故障，提高电路性能的过程， 巩固理论知识,提高解决实际问题的能力。 5、独立撰写课程设计报告。 第 二 部 分 课 程 设 计 报 告 目目 录录 1.课题简介课题简介 1.1 关于温度测控关于温度测控 2.设计要求及技术指标设计要求及技术指标 2.12.1 课程设计的目的和设计的任务课程设计的目的和设计的任务1 2.

10、1.1 课程设计的目的.1 2.1.2 课程设计的任务.1 2.2 设计要求及技术指标设计要求及技术指标.2.2 2.2.1 课程设计技术指标 .2 2.32.3 设计总方案及原理图设计总方案及原理图22 2.42.4 电路各组成部分及工作原理电路各组成部分及工作原理33 2.4.1 温度转换电路的工作原理.3 2.4.2 差动放大电路的工作原理.3 2.4.3 比较电路的工作原理.4 2.4.4 驱动电路的工作原理.5 2.4.5 总电路图.6 2.4.6 电路参数选择及计算.6 2.52.5 电路的安装及调试方法电路的安装及调试方法66 2.5.1 电路的安装及调试.6 2.5.2 安装过

11、程中遇到的问题及解决方法.7 2.62.6 实验结果分析实验结果分析77 2.6.1 实测数据及图形.8 2.72.7 改进意见及收获体会改进意见及收获体会99 2.71 改进意见9 2.72 体会9 2.82.8 仪器仪表清单仪器仪表清单1010 2.92.9 参考文献参考文献1010 - 1 - 1.课题简介 1.1 关于温度测控 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。

12、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。 温度与温标温度不能直接加以测量，只能利用冷热不同的物体之间的热交换，以及物 体的某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性进行间接测量。为了定量描述温度的高低， 必须建立温度标尺，即温标。它是温度的数值表示。温度不仅是热学中主要热学量，而且也是 国际单位制(SI)中七个基本量之一。国际温标规定热力学温度(T)单位为开尔文(K)，1K 等于 水三相点热力学温度的 1/27316。而习惯上把水的冰点定为 0，它比水三相点低 001， 所以摄氏度(t)与热力学温度(71)的关系为 t

13、=T-273.15 2.设计要求及技术指标 2.1 课程设计的目的和设计的任务 2.1.1 课程设计的目的 通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路 的连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提 高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1.掌握传感器选择的一般设计方法 2.掌握模拟 IC 器件的应用 3.掌握测量电路的设计方法 4.培养综合应用所学知识来指导实践的能力 2.1.2 课程设计的任务 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-65200，工作电路输出

14、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（4060） 。要求测控电路具有加热和 制冷的指示功能。 2.2 设计要求及技术指标 2.2.1 课程设计技术指标 - 2 - 具体技术指标如下: 1、设计、组装、调试测控电路； 2、温度控制范围：4060； 3、使用环境温度：常温 4、输出信号：二值输出控制继电器工作； 5、温度范围控制，制热和制冷指示功能； 6、非线性误差：1 2.3 设计总方案及原理图 二二 极极 管管 温温 度度 传传 感感 器器 反反向向比比较较器器 制制热热 继继电电器器2 驱驱动动电电路路1 驱驱动动电电路路2 制制冷

15、冷 继继电电器器1 同同相相比比较较器器 差差动动放放大大器器转转换换电电路路 指指示示电电路路2 指指示示电电路路1 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。 注意事项: 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。 - 3 - 2.4 电路各组成部分及工作原理 2.4.1 温度转换电路的工作原理 该电路将二极管 IN4148 随温度变化的电流值转化为电压值。该电路为反相输入型转换电 路。LM324 为四运放放大器。1 号脚输出电流 U01 反比于二极管 IN4148 中产生的电流。从而实 现 I/V 转换，为保证一定的转换精度与转换范围，要求该转换电路有底的输入阻抗与输出阻抗。 转换后的电压值与电流值成反比关系。 其中 IN4148 电流随温度变化特性曲线如右图所示 2.