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1、 电 子 工 程 设 计（一）温度控制系统硬件电路的设计与实现 院（系、部）： 信息工程学院 姓 名： 宋霜露 110994 班 级： 自113 指导教师签名： 2013年 7 月 11 日目录1 设计题目要求2 框图3 单元电路设计.直流稳压电源模块.设计要求.电路方案选择.原理图.安装结构图.元件清单.调试与结果变送器模块.设计要求.测温元件特性.设计方案条件分析设计方案原理图描述具体计算.元件清单.调试与结果.安装结构图.转换模块. 设计要求.A/D转换模块电路选择. 原理图. 安装结构图. 调试及结果. 元件清单4 总图（电源、变送器、A/D）5 仪器设备及工具6 总结、收获、体会7
2、程序清单1、 设计题目要求电子工程设计课程选择“小型温度控制系统”作为具体设计题目。需要完成非电量到电量信号转换、信号处理、数据采集、数据处理、人机交互、数据通信、控制等设计工作，几乎覆盖一般电子系统的所有设计环节。 功能、指标和采用元器件的设计要求： 温度控制范围：0100 测温元件：半导体温度传感器AD592 温度控制执行元件：半导体制冷片 核心控制部件：C8051F系列单片机各模块设计要求： 直流稳压电源模块 交流输入：9V 14V2直流输出：+5V/1A 12V/0.5A安装： 独立电路板结构 变送器模块： 测量温度： 0 100输出电压： 0V +5V测量误差： 满刻度1%（或1 ）
3、负载阻抗： 30K限制条件： 输出电压 +安装： 独立电路板结构A/D模块： 输入信号范围： 0V+5V分辨率： 8bit精度： 1LSB转换时间： 30K限制条件： 输出电压 +安装： 独立电路板结构 测温元件特性 传感器的选择需要综合考虑设计要求、工作环境、成本等多方面因素，需要对所设计的系统有深入的了解，需要丰富的设计经验。在强化训练阶段推荐使用半导体温度测量元件AD592，该测温元件为电流输出，精度高、稳定性好，信号调理电路（变送器）易于设计。AD592主要特性： 供电：+4V +30V 温度系数：1uA/ 0输出： 工作温度：-25 +105 非线性误差：0.1 0.5 重复误差：0
4、.1 时飘：0.1/月图表 5 AD592特性分析图 设计方案条件分析：对于AD592输出的微安级的电流信号，变送器设计的主要任务是电流到电压的转换和电压信号的放大。另外相对于0100的测温范围，AD592的电流输出范围为273A373A，也就是在温度测量的0点，传感器输出的电量信号不为0。为了后续信号处理的方便，变送器还要进行电压信号的平移处理，使得对于温度测量的0点，变送器的输出电压也为0。为了简化设计电路，变送器采用运算放大器作为核心运算元件。本设计中采用的运算放大器均为OP07。OP07是一款高精度、低漂移、稳定性好、成本低的运算放大器。 设计电路原理图图表 6变送器的设计电路图描述：
5、图表 7将温度传感器AD592输出的电流信号转成电压信号部分如图7，将AD592输出的电流信号用一个10K的电阻及一个滑动变阻器转换为电压信号Vi1，输入放大器的同相端，经电压跟随器稳压之后输出电压Vo1。图表 8电阻分压平移电路部分 如图8，提供+12V的电源及两个电阻（其中一个5K的滑变）分压来获得T=0时的平移电压Vi2=-2.73V，经电压跟随器稳压之后获得稳定的平移电压Vo2=-2.73V.图表 9同相加法放大电路（将电压平移之后再放大）如图9，将之前AD592输出的电压Vo1和电阻分压获得的Vo2经同相输入第二级放大电路，先进行加法运算，再将电压放大5倍，使最后的输出电压Vo为05
6、V。图右端的两个二极管可以起到稳定电压增益的作用，上方的二极管负极接+5V电源，使输出电压不高于+5V；下方的二极管正极接地，使输出电压不低于0V。具体计算：（1）当T=0时，AD592的输出电流为273A，流经电阻R2和滑变R1之后，调节R1可获得电压Vi1=2.73V经放大倍数为1的运算放大器（即电压跟随器）OP07之后得到Vo1=2.73V分压电路与温度T无关，调节滑变R4，并测量Vi2电压值，直至Vi2=-2.73V经电压跟随器稳压之后得到Vo2=-2.73V进入第二级放大电路，已知Vo1=2.73VVo2=-2.73V由叠加定理计算得此时Vn=0由“虚短”得Vp=0Vo=(1+RfR
7、7)Vp其中Rf=R9+R10得Vo=0V（2）当T=100时，AD592的输出电流为373A，经转换后得到此时的Vi1=3.73V同时得到Vo1=3.73V而分压电路得到的Vo2此时仍是-2.73V。进入第二级放大电路，由叠加定理可计算得此时Vn=(Vo1+Vo2)/2即此时Vn=0.5V且由“虚短”得Vp=0.5VVo=(1+RfR7)Vp其中Rf=R9+R10此时若要得到输出电压Vo为5V，则应使RfR7=9即应调节R10，使Rf=9R7便可得到此时的输出电压Vo=5V所以为了满足要求，反馈电路采用了一个47K的电阻和一个10K的滑变串联的方式，同时滑变还可以保护电路，防止电流过大损坏元器件。元件清单集成运算放大器OP07 ： 3个定额电阻： 10K 2个 1K 3个 47K 1个 1个滑动变阻器: 5K 2个 10K 1个二极管：IN4148 2个接插件：DIP8 I
