崔三爷传感器课程设计.doc

传感器与检测技术

班 级：
电信12-1
姓 名：
崔震
学 号：
1206110102
指导教师：
李铁
成 绩：

电子与信息工程学院
信息与通信工程系

摘要

传感器课程设计目的是让学生及时掌握和巩固所学的基本原理和基础理论，掌握常用传感器的性能及使用方法；提高学生的动手能力和应用能力；通过有计划的操作和思维完成各种训练，使学生掌握基本实验方法，培养学生的协作精神、动手能力和工程意识；提高学生综合分析问题能力。通过实践课程，学生亲自动手和参与各种传感器的测量和实验，便于其了解和掌握各种传感器的特性、工作原理和使用方法，为其今后的工作和科研打下良好的基础。
一、绪论
传感器是一种有趣的且值得研究的装置，它能通过测量外界的物理量，化学量或生物量来捕捉知识和信息，并能将被测量的非电学量转换成电学量。在生活中它为我们提供了很多方便，在传感器产品中，温度传感器是最主要的需求产品，它被应用在多个方面。总而言之，传感器的出现改变了我们的生活，生活因使用传感器也变得多姿多彩。随着时代的进步和发展，传感器技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。 温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：①传统的分立式温度传感器，②模拟集成温度传感器，③智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展研究目的。当前，电子技术已经广泛应用于社会生活生产中，电子技术俨然成为了我们日常生活的必备技术，作为电子信息领域的一员无疑电子技术对我们的专业课学习至关中重要，通过对《数字电子技术基础》，《模拟电子技术基础》等课程的学习，经过不懈的探讨努力，最终完成了课程设计的任务制作。
本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度传感器测温显示系统，可以设置上下报警温度，当所测温度超过温度上限，蜂鸣器可以报警，当温度低于温度下限，发光二极管发光显示。
关键词 AD590温度传感器 ICL7106的A／D转换及LCD液晶显示 LM324 555集成定时器

二、设计要求
在某些特定场合尤其是夏天温度太高对工作人员的身体和仪器都有一定影响,为此需要对温度进行控制,当温度高于某一值时,就必须驱动冷风机进行降温同时并进行报警，以给在里面工作人员与提示。
温度测量范围：15~30，分辨加0.05。
温度控制范围 ：20＋5，夏天使用 ，由本装置驱动冷风机降温。
报警指示，当温度大于25，用红灯报警。
三、设计目的

本课程设计是在学完《传感器与检测技术》之后综合利用所学传感器知识完成一个传感器应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务
1. 是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对常用传感器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。
2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
3.通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选择，安装调试等环节，初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。
4.掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。
5.了解与课题有关的电子线路以及元器件工程规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等。
6.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
四、设计原理

1.元件的选择
（1）温度传感器
我们选择的温度传感器是AD590 ，AD590是AD公司利用PN结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。AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图所示。

AD590的主特性参数如下：
工作电压：4～30V；
工作温度：－55～＋150℃；
保存温度：－65～＋175℃；
正向电压：＋44V；
反向电压：－20V；
焊接温度（10秒）：300℃；
灵敏度：1μA／K。

（2）ICL7106的A／D转换及LCD液晶显示 ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D转换器。它包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统，ICL7106含有一背光电极驱动线，适用于液晶显示。

（3）LM324
LM324应用作测温电路 见附图。感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/
℃，即温度每上升1度，发射结电压变会下降2.5mV。运放A1连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。这是一个线性放大过程。在A1输出端接上测量或处理电路，便可对温度进行指示或进行其它自动控制。

（4）555集成定时器

555 的周期可以通过 调节输入电流大小改变的 通过对2，6；7针输入电流的微小调节可是实现输出频率的调节。

2.测温电路的设计

在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1μA。当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K，为了使此电阻精确（0．1％），可用一个9．6kΩ的电阻与一个1kΩ电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。图5所示是一个电流／电压和绝对／摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1．235V），然后将此电压放大到2．73V。这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。
3.报警装置设计
电路由超低频振荡和音频振荡两部分组成，将此电路与主电路的输出电压连接，通过LM324接成电压比较器，进行上限电压设置，实现报警功能。

4.A／D转换和显示电路的设计
ICL7106是3位半显示的A／D转换电路，它内含液晶显示驱动电路，可用来进行A／D转换和LCD显示驱动。

由ICL7106组成的三位半数字显示原理图如图所示。量程为200.0mV。若将量程改为2.000V，基准电压改为1.000V。这时可把R3改为470 kΩ，RP1改为10kΩ多圈电位器，同时将C3改换为0.047µF。

五、数字温度测量系统组成框图

六、软件部分方案的确定

1.应用软件简介
在当代测试系统中，任何一个完整系统都由硬件和软件共同组成，硬件侧重于被测量的获取，而软件侧对被测量进行理论分析。在测控领域，美国NI公司的labview软件和MathWorks公司的matlab软件占有绝对的统治地位，其中，labview软件的模块化程度更高，操作也更加方便，但它的在数学运算方面的功能要远逊色于matlab，而matlab的数学运算分析能力极强，但它的专业程度不高，它涉及到各个领域，但在具体的建模应用中并不是非常容易实现。
2.主要功能
（1）采集传入波形，并对之进行低通处理显示出来；
（2）进行状态设定，阈值温度下显示“状态正常”、虚拟绿灯亮；当 温度超过设定阈值后显示“危险状态”，虚拟红灯亮；
(3)对采集到温度信号进行文件长期备份，以便分析和日后查阅；
(4)对采集到的信号进行统计分析、相关分析和功率谱分析。

七实验体会
首先，这次课程设计给我提供了一次很好的锻炼机会，提高了我动手动脑的能力，让我明白了“纸上得来总觉浅，绝知此事要躬行”的道理。这次的课程设计让我在设计方法上学会了自顶向下逐步求精的设计思想，我将电路的要求划分为以下模块：温度采集、放大、译码、比较、控制、报警六个方面。按照数据流向，从温度采集出发，设计个模块的电路图，设计所用电压、器件及其型号，搭起各自的电路，没搭好一个模块的电路就进行正确性测试，确保每一个模块都能正确 的工作，这样才能确保系统能正确的工作。在设计中遇到了许多困难，经过同学的讲解以及老师的指点，顺利的解决了问题。也收获了许多。但是也有很多的不足，希望在以后的学习中能更加努力，能将书本上的知识学得更好。更加要实践与理论联系起来。这样才能是我们学达更多的书本上学不到的知识。

主要参考文献
[1]栾桂冬等 《传感器及其应用》 西安电子科技大学出版社 2002年 。
[2] 何希才, 薛永毅. 传感器及其应用实例[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001。
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[4]何立民.单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1994。
[5]张智，邹智荣。基于单片机的日光温室控制系统的设计，微计算机信息，2006。
[6]任文辉，林智群，彭佩夫。用单片机对实验室恒温控制系统的设计，大学物理，2005。
[7]高涛，梁晓阳，汪洋。火控雷达温度监测仪的设计与实现，微计算机信息，2006。
[8]杨俊华，黄明辉。基于80C196 单片机的温度检测及显示系统，机械与电子，2003。
[9]胡向东。传感器与检测技术，机械工业出版社，第二版。