温度检测显示器

附件1：学号：课程设计课程名称模拟电子电路题目温度检测显示器学院信息工程学院专业电子信息工程班级姓名指导教师刘运苟2015年01月15日武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：电信1305班指导教师：刘运苟工作单位：信息工程学院题目:温度检测显示器初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、检测区间为四段：A.温度C020~0B.温度C030~20C.温度C040~30D.温度C040，要求对每段作出段位显示2、测量误差C023、标准检测点为：CCCC000039291904、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书5、设计电源；6、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。时间安排：1、2015年1月11日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、2015年1月12日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。2、2015年1月12日至2015年1月13日，方案选择和电路设计。2、2015年1月14日至2015年1月15日，电路调试和设计说明书撰写。3、2015年1月15日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。课设答疑地点：鉴主14楼电子科学与技术实验室。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书目录摘要............................................错误!未定义书签。1概述...........................................................12理论分析计算及设计.............................错误!未定义书签。2.1主要器件参数..............................错误!未定义书签。2.1.1NTC热敏电阻...........................................22.1.2LM358芯片.............................................22.2理论分析与电路设计........................................32.2.1整体电路分析..........................................32.2.2温度—电阻—电压转换电路..............................42.2.3标准温度分压电路......................................52.2.4电压比较电路..........................................52.2.5LED区间显示电路.......................................73Multisim仿真...................................................83.1仿真结果..................................................83.2仿真过程及结果分析.......................................114实物焊接及调试................................................114.1实物焊接.................................................114.2成品调试.................................................125心得与体会....................................................15参考文献........................................................15附录............................................................16武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书I摘要本次的课程涉及便要通过所学的模拟电路知识运用运算放大器和热敏电阻来实现简单的温度检测，并利用发光二级管来显示不同区段的温度，制成一简易的温度检测显示装置。可以检测0-20℃，20-30℃，30-40℃，40℃以上四个区间段的温度并以发光二极管予以显示，不同温度区间，用不同发光二极管指示。能够对区间段灵敏区分，温度误差不超过±2℃。关键词：温度检测；区间显示；模拟电路武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书IIabstractThiscoursecoversanalogcircuitmaybelearnedbyknowledgeoperationalamplifierandthermistorsareusedtoimplementasimpletemperaturedetection,andusingledstodisplaythetemperatureofdifferentextents,madeasimpletemperaturedetectiondisplaydevice.Candetect0-20℃,20-30℃,30to40℃and40℃abovefourintervalperiodoftemperatureandlightemittingdiodedisplay,differenttemperaturerange,inadifferentlightemittingdiode.Tointervalperiodofsensitivetodistinguish,thetemperatureerrorisnotmorethanplusorminus2℃.Keyword：Temperaturedetection;Intervaldisplay;Analogcircuit武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书1温度检测显示器1.概述本实验需要利用模拟器件设计一个能够检测温度并对温度进行区间显示的装置。因为有四个区间段并且不需要具体显示度数，我们考虑利用二极管来进行区间区分，通过热敏电阻对电压进行分压在通过电压比较器来驱动二极管亮暗来进行区分。具体思路首先是几组电阻跟温敏电阻通过分压实现电位比较，把比较的两种电位输给运算放大器的两输入端子，再通过放大器放大信号输送给发光二级管。至于放大器的选择我们选择了LM358运算放大器，因为它是一个双运放芯片，差模输入时可以输出电源电压，这样可以通过对电源电压的选择来控制通过二级管的电流，并且这样设计的电路会比较美观空间利用也比较好。设计好电路之后还会进行软件仿真，通过mutilism可以较好地对整体电路效果进行分析与改正，这样更有利于产品的准确性与可行性。如图1是设计流程图：图1设计流程图查找相关资料，特别是相关元器件的具体参数设计电路仿真与修改电路设计焊接装配图纸，进行实物焊接成品调试武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书22.理论分析计算及设计2.1主要器件参数2.1.1NTC热敏电阻NTC是NegativeTemperatureCoefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。其主要参数如下：零功率电阻值RT（Ω）RT指在规定温度T时，采用引起电阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计的测量功率测得的电阻值。电阻值和温度变化的关系式为：RT=RNexpB(1/T–1/TN)RT：在温度T（K）时的NTC热敏电阻阻值。RN：在额定温度TN（K）时的NTC热敏电阻阻值。T：规定温度（K）。B：NTC热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。图2NTC热敏电阻特性曲线exp：以自然数e为底的指数（e=2.71828…）。该关系式是经验公式，只在额定温度TN或额定电阻阻值RN的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数B本身也是温度T的函数。2.1.2LM358芯片LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。它具有如下特性：内部频率补偿直流电压增益高(约100dB)；单位增益频带宽(约1MHz)；电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)；低功耗电流，适合于电池供电·低输入偏流；低输入失调电压和失调电流；共模输入电压范围宽，包括接地；差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；输武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书3出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)图3LM358引脚图2.2理论分析计算2.2.1整体电路分析由于该设计目标是检测四段区间的温度：A.C020~0，B.C030~20，C.C040~30，D.C040，并对每段作出段位显示，要求测量误差为C02。标准检测点为：CCCC00003929190。则根据起初的设计思路，需要四路输出进行显示，于是使用4个运算放大器和4个二极管及电阻、可调电阻组成。我们查询了相关参数，得到热敏电阻的部分温度阻值对应表，如表1所示：表1NTC热敏电阻部分R/T对照表型号:mfh103-3950由于multisim中没有热敏电阻，因而我们用一个最大阻值为40KΩ的变阻器来代替热敏电阻，LM358用来放大电流信号以便让发光二级管工作，发光二级管用来显示温度所在区段，根据需要，查出在0℃、19℃、29℃、39℃时温敏电阻的阻值分别为32.5kΩ、13.1kΩ、8.4kΩ、5.5kΩ，将电路图中R1、R2、R3、R4阻值分别设置为这四个阻值即可，因为从LM358参数中有：在单电源供电情况下，LM358在正极输入大于负极输入时，输出T(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)0.032.503015.015.704928.58.58896.523.532016.014.994429.08.40637.022.966117.014.319829.58.22817.522.415417.513.995430.08.05418.021.879518.013.679230.57.88428.521.357918.513.371034.06.80269.020.850219.013.070538.55.65019.520.355919.512.777739.05.5363武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书4Vout=Vcc-1.5V，负极输入大于正极输入时输出Vout=0，其中VCC为正电源，例如VCC=+5V，在这种条件下，只要使放大器正输入端电位大于负输入端即可让发光二级管发光，当负输入端电位大于正输入端电位时发光二级管无法发光。而根据计算：因此只要满足R1R10时，第一个发光二级管即可发光，所以可直接取临界条件R1=32.5kΩ因此可以直接取R1=10k、R2=6.8kΩ、R3=4.7kΩ、R4=2.2kΩ即可满足条件。整体电路设计电路图如下：图4整体设计电路2.2.2温度—电阻—电压转换电路热敏电阻阻值与温度的关系：又由分压公式可得：两式联立即可得到电压和温度的关系。图5电阻-电压转换部分武汉理工大学《模拟电子电路》课程设计说明书52.2.3标准温度分压电路由设计电路可知类似的，四组电桥的平衡条件为：其具体电路如图所示：图6惠根思电桥图7多组惠根思电桥因此，只要选取适当比值的分压电阻R1~R8就能满足要求。而题目中要求的监测温度