2023年 7 月 11 日
目錄1． 設計題目要求
2． 框圖
3． 單元電路設計
３.１直流穩壓電源模組
３.１.１設計要求
３.１.２電路方案選擇
３.１.３原理圖
３.１.４安裝結構圖
３.１.５元件清單
３.１.６除錯與結果
３．２變送器模組
３.２.１設計要求
３.２.２測溫元件特性
３.２.３設計方案
條件分析
設計方案原理圖
描述具體計算
３.２.４元件清單
３．２.５除錯與結果
３.２.６安裝結構圖
３.３ａ／ｄ轉換模組
設計要求
３.３.２a/d轉換模組電路選擇
３.３.３ 原理圖
３.３.４ 安裝結構圖
３.３.５ 除錯及結果
３.３.６ 元件清單
4． 總圖（電源、變送器、a/d
5． 儀器裝置及工具
6． 總結、收穫、體會
7． 程式清單
1、 設計題目要求
電子工程設計課程選擇「小型溫度控制系統」作為具體設計題目。需要完成非電量到電量訊號轉換、訊號處理、資料採集、資料處理、人機互動、資料通訊、控制等設計工作，幾乎覆蓋一般電子系統的所有設計環節。
功能、指標和採用元器件的設計要求：
⑴ 溫度控制範圍： 0℃~100℃
⑵ 測溫元件半導體溫度感測器ad592
⑶ 溫度控制執行元件： 半導體製冷片
⑷ 核心控制部件： c8051f系列微控制器
各模組設計要求：
直流穩壓電源模組
交流輸入： ~9v
14v×2
直流輸出： +5v/1a
12v/0.5a
安裝： 獨立電路板結構
變送器模組：
測量溫度： 0℃ ~ 100℃
輸出電壓： 0v ~ +5v
測量誤差： 滿刻度1%（0.05v或1℃ ）
負載阻抗： >30kω
限制條件： -0.3v < 輸出電壓< +5.3v
安裝： 獨立電路板結構
a/d模組：
輸入訊號範圍0v~+5v
解析度8bit
精度1lsb
轉換時間< 1ms
安裝獨立電路板結構
2、框圖
圖表 1小型溫度控制系統組成框圖
3、單元電路設計
3.1直流穩壓電源模組
3.1.1設計要求:
交流輸入： ~9v
14v×2
直流輸出： +5v/1a
12v/0.5a
安裝： 獨立電路板結構
3.1.2 電路方案選擇：
線性穩壓電路
⑴ 特點
·利用電晶體進行電壓調整
— 動態響應特性好
紋波、雜訊小
·電壓調整電晶體工作在放大區
功耗大、發熱量大
效率低適用於低壓差、小功率的場合
⑵ 整合線性穩壓電路（三端穩壓器）
·採用帶隙（能隙）基準電壓電路
溫度穩定性好、雜訊小
·多種保護措施
過流、短路、過熱保護
·無需其他外圍元件— 使用方便、無需調整
圖表 2用整合線性穩壓電路設計的電源電路方案框圖
3.1.３原理圖
圖表 3全部採用整合線性穩壓器設計的直流穩壓電源電路圖
3.1.４ 安裝結構圖
圖表 4直流穩壓電源安裝結構示意圖
3.1.５ 元件清單
整合穩壓電路晶元：lm7805，lm7812，lm7912 各1片
整流橋：db107 2片
電解電容：2200u/25v電解電容 2只
3300u/16v電解電容 1只
100u/16v電解電容 3只
散熱片：3 個
保險管：1a250v 3只配6只管座
接外掛程式：dip8 ic插座 5只
26線雙排插針 2只
線路板：1塊
其它：螺釘、導線、焊錫若干
3.1.６ 除錯與結果
除錯方法：
1．電源板焊接完畢，對照原理圖認真檢查一遍然後開始測試。
2．測試時，電源板負責交流電源輸入的右插座與除錯臺標有~9v、~14v的插座連線，左插座懸空。
3．連線完畢後，開啟除錯臺電源遠離電源板1~2分鐘，觀察電路板有無異味或異常響動，如果一切正常可以開始進一步的測試。
4．用數字多用表按電源板左插座直流電源引出定義，檢測+5v、+12v、-12v輸出。
5．若+5v、+12v、-12v輸出不正常，需要重新檢查有無錯焊、漏焊、虛焊，並重複2、3、4的步驟。
6．輸出正常的電源板，替換模板上的電源板後，若模板正常執行，電源板的設計工作結束。否則，檢查電路板的左右插座有無虛焊、脫焊等問題。
除錯結果：經除錯後未發現錯誤。
3.2 變送器模組
3.2.1 設計要求
測量溫度： 0℃ ~ 100℃
輸出電壓： 0v ~ +5v
測量誤差： 滿刻度1%（0.05v或1℃ ）
負載阻抗： >30kω
限制條件： -0.3v < 輸出電壓< +5.3v
安裝： 獨立電路板結構
3.2.2 測溫元件特性
感測器的選擇需要綜合考慮設計要求、工作環境、成本等多方面因素，需要對所設計的系統有深入的了解，需要豐富的設計經驗。在強化訓練階段推薦使用半導體溫度測量元件ad592，該測溫元件為電流輸出，精度高、穩定性好，訊號調理電路（變送器）易於設計。
ad592主要特性：
供電4v~ +30v
溫度係數： 1ua/℃
0℃輸出： 273.2ua
工作溫度25℃ ~ +105℃
非線性誤差： 0.1℃ ~ 0.5℃
重複誤差0.1℃
時飄0.1℃/月
圖表 5 ad592特性分析圖
3.2.3 設計方案
3.2.3.1條件分析：
對於輸出的微安級的電流訊號，變送器設計的主要任務是電流到電壓的轉換和電壓訊號的放大。另外相對於的測溫範圍，的電流輸出範圍為，也就是在溫度測量的0點，感測器輸出的電量訊號不為0。為了後續訊號處理的方便，變送器還要進行電壓訊號的平移處理，使得對於溫度測量的0點，變送器的輸出電壓也為0。
為了簡化設計電路，變送器採用運算放大器作為核心運算元件。本設計中採用的運算放大器均為。是一款高精度、低漂移、穩定性好、成本低的運算放大器。
3.2.3.2設計電路原理圖
圖表 6變送器的設計電路圖
3.2.3.3描述：
圖表 7將溫度感測器ad592輸出的電流訊號轉成電壓訊號部分
如圖7，將輸出的電流訊號用乙個的電阻及乙個滑動變阻器轉換為電壓訊號，輸入放大器的同相端，經電壓跟隨器穩壓之後輸出電壓。
圖表 8電阻分壓平移電路部分
如圖8，提供的電源及兩個電阻（其中乙個的滑變）分壓來獲得時的平移電壓，經電壓跟隨器穩壓之後獲得穩定的平移電壓.
圖表 9同相加法放大電路（將電壓平移之後再放大）
如圖9，將之前輸出的電壓和電阻分壓獲得的經同相輸入第二級放大電路，先進行加法運算，再將電壓放大5倍，使最後的輸出電壓為。圖右端的兩個二極體可以起到穩定電壓增益的作用，上方的二極體負極接電源，使輸出電壓不高於；下方的二極體正極接地，使輸出電壓不低於。
3.2.3.4具體計算：
（1）當時，的輸出電流為，流經電阻和滑變之後，調節可獲得電壓
經放大倍數為的運算放大器（即電壓跟隨器）之後得到
分壓電路與溫度無關，調節滑變，並測量電壓值，直至
經電壓跟隨器穩壓之後得到
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