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1、湖南工学院模电课程设计说明书 课题名称：水 温 测 量 仪 专业名称：电子测量技术与仪器班级名称: 电 测 0701 学生姓名： 学生学号： 指导老师： 课程设计任务书内容摘要一、 课程设计的任务和目的 使学生通过动手解决一两个实际问题，巩固和运用在模拟电子技术中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和动手能力，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。二、 课程设计的基本要求 1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。2、培养一定
2、的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方法；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。课程设计任务 课题六 水温测量仪整体要求：设计一个温度测量仪，
3、要求其温度测量范围为室温50，所测的实际温度由数字电压表实现温度显示，可直接读出温度值，并且当被测温度达到50时，由指示灯或蜂鸣器等组成的报警电路工作发出警报。具体过程：1、 根据设计任务，分析论证各可行方案，确定总体的电路方案； 2、 选择好所需的元件并确定各元件参数，根据原理图安装电路；3、 根据各单元电路逐步完成实物制作，然后调试，对不理想电路进行改进；4、 分析实验结果，总结遇到的问题和解决办法、体会，写出设计总结报告。目录 课程设计任务书 （2）第一章 系统总体方案分析及原理框图1.1 设计目的（5） 1.2 设计要求及技术指标（5）1.3 总体方框图和方案确定（6）1.4 电路设计
4、总体方案描述 （8） 第二章 系统各单元电路原理2.1 温度传感器的工作原理（9）2.2 直流稳压电源电路的设计（10）2.3 放大电路的设计（11）2.4 比较及报警电路的设计（12）第三章 Protel电路原理图及电路仿真（13）3.1水温测量仪的Protel电路原理图（13）3.2 信号转换电路的仿真（13）3.3 放大电路的仿真（14）3.4 比较以及报警电路的仿真（15）第四章 电路安装与调试（17） 4.1 信号转换电路的安装（17）4.2 放大电路的安装与调试（17）4.3 比较器以及报警电路的安装及调试（17）4.4 总电路及电源的安装及调试（18）4.5 安装与调试电路中出现
5、的问题及解决方法（18） 4.6 温度测量仪电路的实验结果（19）第五章 课程设计总结(20)第六章 电子元器件列表清单（21）第七章 参考文献（22）第一章 系统总体方案分析及原理框图1.1设计目的1、 通过对温度测量电路的设计、安装和调试了解温度传感器的性能，学会在实际电路中应用；2、 进一步熟悉集成运放的线性和非线性应用。1.2设计要求和技术指标1、 技术指标：要求设计一个温度测量器件，其主要技术指标如下：（1） 测量范围:室温；（2） 被测温度达到时，指示灯亮（或蜂鸣器工作）；（3） 由数字电压表实现温度显示，可直接读出温度值。2、设计要求：（1） 计一个能满足要求的温度测量及报警电路
6、；（2） 求绘制原理图，并用protel画出印制板图；（3） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（4） 在万能板或面包板上安装好电路并调试；（5） 拟定测试方案和设计步骤；（6） 撰写设计报告、调试总结及使用说明书。1.3总体方框图和方案选择 电压比较电路报警设备被测温度放大电路电压表温度显示温度传感器 水温测量仪是实现温度测量的电子电路仪器，其基本理论依据是依靠温度传感器,如AD590,LM350系列等集成温度传感器，或具有温度传感效应的电子元器件，将模拟的温度信号，转换成与其成线性关系的电压信号（U），以达到测量温度的目的。其设计方案的主要框图如下：图1-1 水温测量仪总体
7、设计框图 在温度测量仪中温度传感器是很重要的一部分，用什么样的温度传感器把温度转换成我们所需要的物理量直接影响到电路各个部分的设计，同时也决定了整个设计复杂程度、成本高低和设计思路。所以温度传感器是选择方案的主要参考对象。其中结合实际情况比较简单适合的电路方案有：方案一利用热敏电阻，根据电阻的温度效应（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）而制。具体方案可用Cu50热电阻，接入5mA的恒流源，引出热电阻两端的电压，经放大后，接到数字电压表显示电压，对于报警回路，热电阻上的电压信号放大后，引出一个与一个设定电压值5V（用电位器来调整与改变）来进行比较，如果热电阻上的电压
8、信号达到设定值后，使比较器输出从而使继电器动作，达到报警的目的。方案二利用集成的温度传感器，它具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温、外围电路简单且使用方便等优点。这里以AD590（输出阻抗达10M，转换当量为1uA/K，不需要进行非线性校准）为例作介绍；AD590是利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。具体可在其输出端串接一个10k的恒值电阻，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有10mVK的电压信号。得到的电压同样经过放大后用如上所述接到报警电路上去即可。方案三利用二极管，根据温度对二极管特性的影响（温度
9、升高，正向伏安特性上移，反向特性下移），具体的变化规律是：保持正向电流不变时，温度每升高1，结电压减小约2.1mV。利用这个特性，把这个变化的电压放大适当的倍数后再接上如上所接电路即可制成温度测量仪。方案分析及选择针对系统提出的任务、要求和条件，从设计方案的合理、经济可行、功能齐全、技术先进等各个方面综合考虑，方案一经济方面上可行，且总体电路原理较为简单，但此方案中需要一个电压源，想通过电路实现较为复杂。而且Cu50热电阻的非线性比例较为严重，所测温度精确度不高。所以不选择此方案。方案二原理简单可行，其中的温度传感器AD590也很好的实现了温度的转换，并且他的线性好、精度高、使用方便。可以算是
10、三个方案中最简单可行的一套方案。但最主要的问题是其中所需集成温度传感器AD590的价格相对较高而且市场上难以买到，所以第二方案也无法实现。第三个方案原理简单也比较经济，所接电路也不是很复杂。所以最终确定方案为第三个方案。但是在这里我们还是把方案二的主体思路描叙如下： 采用AD590集成温度传感器进行温度电流转换。它是一种电流型二端器件，其内部已作修正，具有良好的互换性和线性。有消除电源波动的特性。输出阻抗达10M，转换当量为1uA/K。温度-电压变换电路如图1-2所示。 图1-2 温度-电压变换电路图电路原理分析：1、AD590的输出电流I=（273+T）uA（T为摄氏温度），因此测量的电压为
11、（273+T）uA10k=（2.73+T/100）V。为了将电压测出来又无须使电流分流，所以我们用一个电压跟随器使其电压V2=V。2、再利用可变电阻分压，用稳压二极管作稳压元件，使的输出电压V1=2.73V。3、最后再使用差分放大器使其输出Vo=（100k/10k）（V2-V1）=T/10，果实际温度为15，则Vo为1.5V。再将得到的电压Vo接到数字电压表或AD转换器，输出的数字量就和温度成线性比例关系了。1.4 电路设计总体方案描述本水温测量仪采用普通半导体二极管1N4148作温度传感器，二极管测正向压降随温度的变化而成线性变化，利用这个特性即可以用其测量温度。经二极管转换的温度电压信号经
12、差动放大电路放大后的转换当量为0.1V/，例如:在室温25时,转换电压则为2.5V。比较报警电路采用电压（电平）比较器，为比较器的比较电压，对应的温度为报警温度，本电路设计的报警温度为50，即当温度上升到50时，报警系统（由发光二极管和蜂鸣器组成）开始工作。运算放大器（uA741）连接成电压跟随器的形式，其输出电压作为后续电路的公共地。差动放大器（uA741）的差动电压增益为10倍，其输出电压作为电压比较器的输入，同时也作为待显示电压接入A/D转换及显示电路系统，以期达到直接显示温度值的目的。A/D转换器采用ICL7107单片CMOS双积分型转换器，其内部包含有线性放大器、模拟开关、时钟振荡器
13、、七段译码显示驱动器等电路。下图为水温测量仪的电路原理图： 图1-3 水温测量仪的电路图第二章 各个部分的电路设计2.1、温度传感器的工作原理温度传感器是水温测量仪中的重要部分，它的性能一般要求灵敏度高、稳定 性好、价格便宜、对温度外的物理量不敏感、不易发生化学反应等。市场上的温度传感器可分为集成和分立式两种，常见的集成温度传感器如SL616、LM354/35DZ、AD590/594/595等等，这类集成温度传感器一般都无需校准，具有较高的温测精度和灵敏度，而且性能比较稳定等，但价格相对会稍高一点。常见的分立温度传感器有铜电阻、硅热敏晶体管以及普通硅二极管等等。在这里我们用到的是普通硅二极管1N4148。半导体二极管的正向压降取决于正向电流和温度，当正向电流一定时，正向压降就会随温度的上升而下降，对于普通的硅二极管1N4148而言，它的温度系数约为-2.1
