溫度測量與控制電路Multisim仿真

溫度傳感器方案論述：

溫度的檢測與控制，在工業(yè)控制中有著十分重要的地位。由于溫度屬于非電量，在進(jìn)行檢測的時候需要將溫度轉(zhuǎn)換成電信號，溫度的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，進(jìn)而通過對電壓的檢測實現(xiàn)對溫度的檢測。在進(jìn)行溫度采集時通常有兩種方案，第一種是選擇分立式溫度傳感器，而第二種方案是選擇數(shù)字式溫度傳感器。

第一種方案通過溫度傳感器（PT100等）將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后將輸出的電壓信號通過信號處理電路進(jìn)行放大處理，處理后的電壓信號送入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方案的主要優(yōu)點是可以根據(jù)實際的需要自行選擇需要的溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主要缺點是需要進(jìn)行信號處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計。

第二種方案是采用集成式數(shù)字溫度傳感器，這種傳感器是集成電路發(fā)展的產(chǎn)物。數(shù)字式溫度傳感器將溫度傳感器、信號處理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器及通訊控制器等電路集成到一個芯片上，在使用的時候，可以通過控制器與芯片進(jìn)行通訊來完成溫度的采集和數(shù)據(jù)的讀取，在電子設(shè)計中比較常用的有DS18B20、LM75等。數(shù)字式溫度傳感器雖然在電路結(jié)構(gòu)上十分簡單，只需要簡單的外圍電路就可以實現(xiàn)溫度的采集，但是這種數(shù)字式溫度傳感器的通訊協(xié)議通常都比較復(fù)雜，需要與數(shù)字控制器相互配合使用，而且由于集成電路自身的功耗，所以通常會造成芯片自身溫度較高，進(jìn)而檢測的溫度比外圍溫度要高。

方案確定：

通過上面對上述兩種方案的分析可以知道兩種方案的優(yōu)缺點，本次設(shè)計的溫度檢測及控制系統(tǒng)主要針對工業(yè)環(huán)境，所以綜合考慮本次設(shè)計選擇方案一作為系統(tǒng)的設(shè)計方案。以熱電阻作為溫度傳感器，然后設(shè)計信號處理電路，對溫度傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以使用的電壓信號，然后提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。

單元電路設(shè)計：

傳感器測溫電路：

常見鉑測溫電阻的標(biāo)稱電阻值為100Ω，溫度系數(shù)是3850×10 ^-6^ /℃。標(biāo)稱值的誤差影響偏置，而溫度系數(shù)的誤差影響增益。溫度跨度越大誤差也越大。標(biāo)稱值的誤差可用一點調(diào)整，而溫度系數(shù)的誤差要由間隔溫度的兩點調(diào)整。當(dāng)要求很細(xì)微的調(diào)整溫度時，要選用溫度系數(shù)一致的傳感器。

如下圖所示為本次設(shè)計的溫度傳感器電路，電路主要由溫度測量H橋和信號放大電路組成。通過H橋測量電路對PT100 溫度傳感器（R4）的溫度變化進(jìn)行測量，然后將H橋輸出的差分信號送入到差分放大電路進(jìn)行信號放大輸出，通過對電位器的調(diào)節(jié)就可以對信號測量范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計：

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是可以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路，是信號檢測系統(tǒng)中十分常見的一種應(yīng)用電路。本次設(shè)計中使用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對溫度傳感器的輸出電壓進(jìn)行檢測。然后將得到的數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和顯示，就可以得到檢測后的溫度。本次設(shè)計選擇8位ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以對0-5v的直流電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為8位2進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要一個周期性脈沖信號，作為轉(zhuǎn)換控制信號，所以本次設(shè)計使用555定時器產(chǎn)生一個周期性脈沖信號來控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣控制。

顯示電路設(shè)計：

為了能夠?qū)⒛?shù)轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果更加直觀的體現(xiàn)給使用者，本次設(shè)計為系統(tǒng)設(shè)計顯示電路，系統(tǒng)顯示電路如下圖所示。

系統(tǒng)顯示電路首先將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的8位2進(jìn)制轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換為BCD碼格式的結(jié)構(gòu)，然后通過BCD顯示驅(qū)動芯片驅(qū)動數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

聲光報警電路

如下圖所示為本次設(shè)計的光報警電路，本次設(shè)計的報警電路采用LM393比較器作為控制核心。通過電位器可以對溫度的報警閥值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時，LED指示燈就會亮起發(fā)出報警提示。

下圖所示為本次設(shè)計的聲音報警電路，一旦出現(xiàn)超溫的情況就會發(fā)出報警提示音。聲音報警電路采用555定時芯片組成。利用555定時器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，然后利用鎖存器將脈沖信號轉(zhuǎn)換成占空比為50%的方波信號去驅(qū)動蜂鳴器，進(jìn)而達(dá)到發(fā)聲的目的。

溫度控制電路設(shè)計：

如下圖所示為本次設(shè)計的溫度控制電路。溫度控制電路采用兩個比較器對溫度的數(shù)值進(jìn)行判斷，上面的比較器，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時，比較器的輸出就會控制后面的繼電器吸合，啟動風(fēng)扇，開啟降溫模式；下面的比較器，當(dāng)溫度小于設(shè)定值時，比較器的輸出就會控制后面的繼電器吸合開始加熱模式，在進(jìn)行數(shù)值的設(shè)定是，溫度上限和溫度下限不要選擇一樣的值，盡量分開選擇放置當(dāng)溫度在此值跳動時繼電器頻繁動作。

MULTISIM仿真：

如圖所示為本次設(shè)計的溫度檢測和控制電路仿真圖，在運行仿真后，可以通過調(diào)節(jié)模擬PT100的電位器，當(dāng)電位器的滾動條向右調(diào)節(jié)時此時溫度是降低的。

此時的溫度為21度低于設(shè)定的24度，所以加熱繼電器開啟進(jìn)行加熱。

當(dāng)將模擬電位器的滾動條向左調(diào)節(jié)時，此時溫度是上升狀態(tài)。

此時溫度大于30度，可以看到此時加熱繼電器不工作，而風(fēng)扇繼電器工作，開啟降溫模式。

審核編輯：湯梓紅

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