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多路温度巡回检测电路设计
摘要：本文叙述的是一个八路温度信号进行巡回检测电路设计。电路包括多谐振荡电路，LED测量点显示电路，巡回检测电路，传感器电路等四部分组成。在传感器电路中使用的温度传感器把被检测信号变为电压信号，用模拟比较器把被检测信号进行处理，直接用数字电压表测出与温度值对应的电压值，并显示出该点是第几路检测点。本设计电路简单，可在生活生产中广泛使用
关键字：温度传感器；巡回检测；数据采集；驱动显示；
一、概述
温度测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数实时进行巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。利用单片机技术的温度测控仪以其体积小、可靠性高而被广泛采用。随着社会主义市场经济的发展，很多生产设备、生产线、仓库、热工装置等需要温度测量。目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器。这种传感器至显示之间一般都用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线价格很贵，并且线路太长也会影响测量精度。在实际应用中往往需要对较远处的温度信号进行监视。
本设计完成八点温度巡回检测，测温范围为0°C~100°C，相对误差£1％，并能用LED数码管显示出“第几路测量点”。
二、方案论证
方案一：
通过计数、译码、显示电路显示出是“第几路测试点”。本设计原理框图如图1所示：
传感器
模拟 开 关
电压表显示
计 数、 译 码
LED 显示测试点

图1 多路温度巡回检测电路原理框图
方案二：
本方案采用数模转换及数字信号锁存技术。当需要显示指定通道数据时便选通相应的锁存器。同时数码管显示所选通的通道数。此方案控制简单，无需555做时钟振荡，A/D转换器也不许控制转换时序，只需一直处于转换状态即可。但是由于A/D转换器的转换精度限制，以及转换最小时长的限制使得最后输出的电压值的实时性和精度得不到保证。故舍弃本方案。
D/A转换
A/D转换
数据锁存器
传感器电压检测
数码管通道显示

图1 多路温度巡回检测电路原理框图2

三、电路设计
1、温度传感器AD590电路
温度传感器AD590是电流型集成温度传感器的代表， 即产生一个与绝对温度成正比的电流输出。其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Iout=（273+25）=298μA。
利用了电压射随器及电压放大器，电压射随器把电信号采集进来，电压放大器把电信号进行放大，放大倍数为β=R20／R19 =100／10=10 将信号放大，对温度的变化更加的敏感。传感器的设计如图2所示：

图3 传感器内部电路
2、 电压数据选通电路
需要输出的测量电压通过模拟开关CD4051的通道选择而选择不同的传感器测量值。
CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。其真值表见表1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。电压数据选通电路原理图如图4所示。

图4 4051的引脚图

表1 4051真值表
输入状态
接通通道
INH
C
B
A
0
0
0
0
“0”
0
0
0
1
“1”
0
0
1
0
“2”
0
0
1
1
“3”
0
1
0
0
“4”
0
1
0
1
“5”
0
1
1
0
“6”
0
1
1
1
“7”
1

均不接通

3、计数、译码、显示电路
计数器74161接受555单稳态脉冲发生电路的技术脉冲而时刻改变输出值。输出信号同时供给模拟开关4051和BCD译码器7448的作用下，通过此译码方式将显示和模拟开关选通的通道同步达到设计要求。计数器本为16进制，本设计只需8进制循环，所以高四第一高位就舍弃不接，这样并不影响电路正常工作。计数、译码、显示电路原理图如图5所示。

图5 计数、译码及通道显示

译码器输出端（Ya-Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。当要求输出0~15时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或者开路。
当BI为低电平时，不管其他输入端状态如何，Ya-Yg均为低电平。
当RBI和地址端（A0-A3）均为低电平，并且灯测试输入端（LT）为高电平时，Ya-Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。
当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya-Yg均为高电平。
7448引脚图如图6所示：

图6 7448引脚图
计数器74161的清除端是异步的。当清除端CLEAR为低电平时，不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。74161的预置是同步的。当置入控制器LOAD为低电平时，在CLOCK上升沿作用下，输出端QA-QD与数据输入端A-D相一致。74161的计数是同步的，靠CLOCK同时加在四个触发器上而实现的。当ENP、ENT 跳变与CLOCK无关。74161有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部分。其管脚图如图7所示，其引脚功能如下所示。
PCO ：进位输出端
CLOCK ：时钟输入端
CLEAR ：异步清除输入端
ENP ：计数控制端
ENT ：计数控制端
ABCD ：并行数据输入端
LOAD ：同步并行置入控制端
QA-QD ：输出端

图7 74161的引脚图
本电路显示部分采用用7段LED显示器构成显示器，段选线控制显示的字符，位选线控制显示位的亮或暗。数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及 dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图8所示。

图8 7段码数码管原理图
4、 振荡电路

图8 振荡电路设计
四、性能的测试
1、 传感器的性能测试
传感器用来感受外界的温度变化，转换为电压信号。测试效果图如图9所示：

图9 传感器测试系统

如图9的显示结果，传感器正常工作，有电压输出。

2、 各路电压显示及选中通路的电压显示
如图10所示：

图10 各路电压及选中通路的测试图
如上图所示，各个电压表采集了各路可变电阻的电压值。当虚拟开关的输入端置零时，选择是0通道，所以模拟开关的输出显示为0通道的电压数值。证明模拟开关正常工作。

3、 巡回电路测试
如图11、12所示：

图11 巡回电路测试

图12 巡回电路测试
由图11、12相比较，可见图11中输入译码器的BCD码为0011，所以选择3路，图12输入译码器的BCD码为0111，所以选择7路。由振荡器和计数器可使得循环系统正常工作。

4、总体电路测试
如图13所示：

图13 总体电路测试
如上图所示，整个电路正常工作。选择的第7通路，模拟开关输出的电压值与R7所接的电压表示数一致。

五、结论、性价比
根据实验结果，本次设计完成了8路温度巡回检测。当任何一路传感器感应的电压发生变化时，电压表都能及时的反应出来。模拟开关使得其输出端显示选中的通路电压，由计数器和译码器使得系统实现巡回功能。除了用这种方法外以还可以利用单片机去实现此功能，单片机具有体积小，精度高等特点，方便控制和应用。所以可以尝试一下其他的方法。
六、课设体会及合理化建议
这次课程设计我最大的感触与收获就是实际与书本上知识的差别。理论的理解与实际的联系是困难的。这样才能使我们更加重视理论与实际的结合。课程设计过程中，我完成了设计要求的所有内容。在课设之前自己借阅了一些相关的书籍，在拿到任务书后立即参照有关资料对题目任务进行了比较详尽的分析，并拟定了初步方案，之后的电路设计，实物连接以及软件调试，我都是认真对待，力求通过自己的努力去理解问题，应该说每一步走来都有很深刻的印象，课设中通过具体的硬件和软件设计实验操作，使得我们把课本理论真实的运用到实践中。在本次课程设计中，我觉得最有实际意义的并不是结果的成功，而是在老师认真细心的引导下，理解并且找到解决问题的思路和方法，然后自己用心去做，都能够奔着实事求是的心态，积极的认真的去思考问题，探讨问题。在这里我要感谢高秀文老师及其他老师，谢谢他们对我在题目中不明白的地方及时的解析和指导。相信通过本次课程设计，每位同学的理论和实践水平都会有所的提高，能够使我们在今后的学习和研究中更加出色。

参考文献
[1] 赵茂泰.智能仪器原理及应用.北京：电子工业出版社，2004.7
[2] PROTEL DXP电路设计与实例精解；黎文模，段晓峰编著；北京人民邮电出版；2006
[3] 李科杰编著；新编传感器技术手册[M]；北京国防工业出版社；1995
[4] 林庭双等编著；PROTEL DXP电子电路设计精彩范例；北京机械工业出版社；2005.6
[5] 郑学坚，周斌编著；微型计算机原理及应用；北京清华大学出版社；2001
[6] 邱关源编著；电路；北京高等教育出版社；1999
附录I：总电路图
附录II：元器件清单