重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計課 題 名 稱： 單片機(jī)流水燈設(shè)計 專 業(yè) 班 級： 09電子301 學(xué) 生 姓 名： 魏玉璽 指 導(dǎo) 教 師： 王雪萍 二零一二 年 四 月 光照強(qiáng)度傳感器及其變送電路設(shè)計【摘要】光照強(qiáng)度傳感器是現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中經(jīng)常出現(xiàn)的一種基于光強(qiáng)變化的檢測器件，它可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化，主要使用各種光電元件來將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)信號取樣電路、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，獲取表示光照度的數(shù)字信號，再交由微處理器或處理。光電檢測方法具有精度高,反應(yīng)快,非接觸等優(yōu)點(diǎn),而且可測參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單,形式靈活多樣,因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。 本設(shè)計利用傳感器設(shè)計的基本方法，設(shè)計制作一個可以感知外界光照度變化的傳感器，以實現(xiàn)對光照度信號的測量?！娟P(guān)鍵詞】：光照強(qiáng)度；傳感器；變送電路目 錄第一章 緒 論 41.1引 言41.2傳感器的概述. 4第二章 系統(tǒng)設(shè)計 52.1光電傳感器及敏感元件52.1.1光敏電阻器. 52.1.2光敏二極管. . 52.1.3光敏晶體管.62.2光電傳感器概述62.3光電傳感器工作原理62.4光照傳感器的設(shè)計82.4.1設(shè)計方案一82.4.2設(shè)計方案二92.5方案比較10第三章 變送電路硬件設(shè)計 103.1變送電路簡介. 103.2熱電阻二線制變送器的設(shè)計12 3.2.1信號采集電路133.2.2一級放大電路和線性化調(diào)整電路133.2.3調(diào)零、電源平衡及二級放大電路 133.2.4調(diào)滿電路和V/I轉(zhuǎn)換電路 1433 熱電偶二線制變送器電路設(shè)計143.3.1信號采集和一級放大電路 143.3.2 線性化調(diào)整電路和二級放大電路 15第四章 軟件設(shè)計. 17 4.1設(shè)計概述 17 4.1.1熱電阻二線制變送器.17 4.1.2熱電偶二線制變送器. .18 4.2電阻計算的VB界面設(shè)計. 184.3電路類型選擇設(shè)計19第五章 總結(jié)與收獲. 20結(jié)束語21參考文獻(xiàn).21致 謝.22第一章 緒 論1.1引 言 人類處于信息時代，信息技術(shù)的三大支柱是測控技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，而傳感器技術(shù)是測控技術(shù)的基礎(chǔ)。“沒有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界公認(rèn)。傳感器技術(shù)是等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)，應(yīng)用十分廣泛。光照強(qiáng)度傳感器是把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器，它廣泛應(yīng)用于自動控制、宇航、廣播電視等各個領(lǐng)域1.2 傳感器的概述傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器件組成。它獲取的信息可以是各種物理量、化學(xué)量和生物量，通常是將非電量或電量轉(zhuǎn)換成易于計算機(jī)處理和傳輸?shù)碾娏俊男畔⒓夹g(shù)的角度來看，傳感器是獲取和轉(zhuǎn)換信息的一種工具，這些信息包括電、磁、光、聲、熱、力、位移、振動、流量、濕度、濃度、成分等。傳感器的核心部件是敏感元件，它是傳感器中用來感知外界信息和轉(zhuǎn)換成有用信息的元件。傳感技術(shù)是關(guān)于傳感器及其敏感元件與材料的一門綜合性技術(shù)。第二章 系統(tǒng)設(shè)計2.1光電傳感器及敏感元件光電傳感器是基于光電效應(yīng)、將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，其敏感元件是光電器件。光照傳感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件發(fā)展迅速、品種繁多、應(yīng)用廣泛。市場出售的有光敏電阻器、光電二極管、光電三極管、光電耦合器和光電池等。2.1.1光敏電阻器光敏電阻原理光敏電阻器由能透光的半導(dǎo)體光電晶體構(gòu)成，因半導(dǎo)體光電晶體成分不同，又分為可見光光敏電阻（硫化鎘晶體）、紅外光光敏電阻（砷化鎵晶體）、和紫外光光敏電阻（硫化鋅晶體）。當(dāng)敏感波長的光照半導(dǎo)體光電晶體表面，晶體內(nèi)載流子增加，使其電導(dǎo)率增加（即電阻減?。?。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。光敏電阻的應(yīng)用光敏電阻器廣泛應(yīng)用于各種自動控制電路（如自動照明燈控制電路、自動報警電路等）、家用電器（如電視機(jī)中的亮度自動調(diào)節(jié)，照相機(jī)中的自動曝光控制等）及各種測量儀器中。2.1.2光敏二極管 光敏二極管是一種將光能變換為電能的器件，它利用了半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)的原理。光敏二極管的種類很多，就材料來分，有用硅及各種化合物制成的光敏二極管；從對光的響應(yīng)來分，有用于紫外、紅外及可見光區(qū)域的光敏二極管等等。不同種類的光敏二極管，其特性也不盡相同。在使用中應(yīng)對光敏二極管的類型和性能進(jìn)行合理的選擇。光電二極管的優(yōu)點(diǎn)是線性好，響應(yīng)速度快，對寬范圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點(diǎn)是單獨(dú)使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路。適用于通訊及光電控制等電路。21.3光敏晶體管光敏晶體管是光敏傳感器中響應(yīng)特性良好、測光范圍最廣、利用價值最高的一種傳感器，唯一的缺點(diǎn)是輸出電壓較小，幾乎不單個使用，一般要與放大器組合使用2.2光電傳感器概述光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。 光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。 光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。 2.3光電傳感器工作原理由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學(xué)測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學(xué)測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換 光電傳感器成連續(xù)變化的光電流,它與被測量間呈單值關(guān)系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測物體放在光路中,恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上;所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份,使投射剄光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測物體在光路位置有關(guān). 光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。?micro;A），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電光電傳感器 載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號。 光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+）Icbo（很?。?，比一般三極管的穿透電流還小；當(dāng)有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度2.4光照傳感器的設(shè)計24.1設(shè)計方案一該光照傳感器是采用光敏電阻進(jìn)行設(shè)計的，設(shè)計電路如下圖所示圖光照傳感器設(shè)計方案（一）如圖所示該電路是由兩部分組成的，第一部分是由光敏電阻，二極管和 定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路，第二部分是由邏輯門和發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示電路。由于多諧振蕩電路利用電容器的充放電來代替外加觸發(fā)信號，所以，電容器上的電壓信號應(yīng)該在兩個閾值之間按指數(shù)規(guī)律轉(zhuǎn)換。充電回路是、。此時相當(dāng)輸入是低電平，輸出是高電平；當(dāng)電容器充電達(dá)到 時，即輸入達(dá)到高電平時，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，電容器開始放電。當(dāng)電容器放電達(dá)到時，電路的狀態(tài)又開始翻轉(zhuǎn)。如此不斷循環(huán)。電容器之所以能夠放電，是由于有放電端 腳的作用，因 腳的狀態(tài)與輸出端一致，腳為低電平電容器放電。多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容 上電壓 略低于 ， 輸出高電平， 截止，電源 通過、 給電容 充電。隨著充電的進(jìn)行 逐漸增高，但只要 ，輸出電壓 就一直保持高電平不變，這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容上的電壓 略微超過 時（即 和 均大于等于 時）， 觸發(fā)器置，使輸出電壓 從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即 ， 導(dǎo)通飽和，此時電容 通過 和放電。隨著電容 放電， 下降，但只要 ， 就一直保持低電平不變，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)下降到略微低于 時， 觸發(fā)器置，電路輸出又變?yōu)?， 截止，電容 再次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。由上可知，當(dāng) 時， 輸出為低電平；當(dāng) 時， 輸出為高電平；、 四個端口均接高電平； 正向?qū)ǎ聪蚪刂?。它在電路中的作用是決定電容充放電流經(jīng)電阻的路徑，在本電路中通過、向電容 充電，電容通過 放電 的作用是，電路通過它的充放電改變 定時器 輸出的電壓。 起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考點(diǎn)評的穩(wěn)定。由于外部元件的穩(wěn)定性決定了電路的穩(wěn)定性，、 可以提高振蕩頻率的精度。發(fā)光二極管 在接收到低電平時放光。光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的增加而減少，由于 的減小，整個多諧振蕩電路的周期變小，頻率變大，從而發(fā)光二極管閃爍的頻率加快。2.4.2設(shè)計方案二圖光照強(qiáng)度傳感器設(shè)計方案（二）方案二是利用放大器和光敏電阻進(jìn)行設(shè)計的，光敏電阻輸出的電壓經(jīng)放大器放大。 隨光照強(qiáng)度的改變而改變，光照增強(qiáng)時 減小，電路的電壓增益變大，從而使輸出的電壓變大。2.5方案比較兩種設(shè)計方案都都選用了光敏電阻，都實現(xiàn)了將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。方案一是基于多諧振蕩電路設(shè)計的，選用了 定時器，二極管，電容等器件。光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的增加而減少，由于 的減小，整個多諧振蕩電路的周期變小，頻率變大，從而發(fā)光二極管閃爍的頻率加快。方案二是基于放大電路設(shè)計的，光照增強(qiáng)時 減小，電路的電壓增益增強(qiáng)，輸出電壓改變。兩種方案都可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化，但是方案一與方案二相比較靈敏度更高一些，穩(wěn)定性更好一些。方案一有顯示電路，我們可以直觀的觀察光照對整個電路的影響，但是電路比較復(fù)雜，比較難實現(xiàn)。方案二的電路相對比較簡單，在現(xiàn)實中相對容易實現(xiàn)，但方案二與方案一相比較不夠直觀，需要有輔助器件的檢測才能觀察出結(jié)果。第三章 變送電路硬件設(shè)計3.1變送電路簡介二線制溫度變送器分別與熱電偶和熱電阻相配合，可以將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換成420mA直流標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。二線制溫度變送器應(yīng)具有如下主要特點(diǎn)： (1)二根線完成電源的輸入及420mA直流電流輸出, 即二根線既是電源線也是420mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出線。 （2）由于二線制一體化變送器安裝在傳感器接線盒中, 所以必須有良好的可靠性、穩(wěn)定性及較寬溫度工作范圍(085C) 和較小的溫漂，同時要求體積盡可能小。(3)在熱電偶和熱電阻溫度變送器中采用了線性化電路，從而使變送器的420mA輸出信號和被測溫度呈線性關(guān)系。 (4)在熱電偶溫度變送器中，要進(jìn)行冷端補(bǔ)償，冷補(bǔ)范圍0100C。變送器在線路結(jié)構(gòu)上分為量程單元和放大單元兩個部分，其中放大單元是通用的，而量程單元，則隨品種、測量范圍的不同而不同。設(shè)計電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖中粗線為電源線，細(xì)線為信號流程，兩根外接導(dǎo)線既是電源線也是信號線。420mA信號體制為二線制設(shè)計提供了可能性，當(dāng)被測信號從下量程到上量程 （0100）變化時，二根傳輸線上電流對應(yīng)20mA變化； 4mA作為變送器電路工作損耗電流，也易于識別斷線斷電故障。RL為信號采樣負(fù)載電阻(RL250) 。V(AB) 須大于12V以保證系統(tǒng)的正常工作。 在電源正常(1730V) 的前提下, 回路420mA電流I由輸入熱電阻R或熱電偶mV信號確定。 通過框圖我們可以看到，首先，需要對信號源所產(chǎn)生的信號進(jìn)行采集，然后將采集到的信號進(jìn)行放大、線性化調(diào)整、調(diào)零調(diào)滿，最后通過V/I轉(zhuǎn)換把線性反映溫度大小的電壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號I1（016mA），加上電路的4mA靜態(tài)工作電流I2形成420mA電流信號通過二線制電源線輸出。對于熱電偶變送器，采用一個小型CU50熱電阻來測量冷端的溫度，進(jìn)行冷端補(bǔ)償。兩種變送器都采用了LM124集成運(yùn)放，它是四組獨(dú)立的高增益的內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器。它可以適應(yīng)本電路單電源工作的要求，電源電壓范圍大，溫度特性很好，性價比高，在后面電路中所用運(yùn)放全都是LM124。3.2熱電阻二線制變送器的設(shè)計熱電阻二線制變送器詳細(xì)電路圖如圖2(Pt100為例)所示, 下面就各部分工作原理作一下介紹。3.2.1信號采集電路 熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化的特性測量溫度, 常用的有鉑電阻Pt100、Pt10銅電阻Cu50、Cu100等。 其阻值與溫度關(guān)系可通過分度號表查詢。 圖中是以Pt100熱電阻為例（在這里，可以采用其他的熱電阻，如Cu50、Cu100等） ，TL431是2.5V穩(wěn)壓二極管，D2是一個保護(hù)二極管，防止輸入電壓反接可能帶來的對電路的影響或者破壞。R1是限流電阻，R2、R3、R4與R5(Pt100)配合使用，組成一個電阻測量電橋。由于一體化二線制熱電阻變送器安裝在接線盒內(nèi)，引線電阻忽略不計。R1、R2、R3、R4可以確定下來（其值見圖2），其中熱電阻R5隨著溫度變化而變化。R4根據(jù)采用的熱電阻分度號不同而取不同的值。如Pt100測量時R4取100，Cu50測量時R4取50。電橋中間兩點(diǎn)電壓作為后續(xù)差動放大器的輸入信號。分別為：因R2=R3R4及R5, 故：3.2.2一級放大電路和線性化調(diào)整電路該電路功能之一是把采集到的微弱信號放大,在本級電路中采取了差動放大。同時，與該放大電路連接在一起的還有一個正反饋非線性調(diào)整電路，它的主要功能是對熱電阻與溫度電阻間的非線性進(jìn)行修正,保證放大器的輸出電壓被測溫度成線性關(guān)系。 R7、R8、R9以及LM124構(gòu)成了放大電路。對于該局部電路，輸入信號來自采集到的信號V和V，輸入信號分別各自經(jīng)過R7、R8進(jìn)入LM124的第一組運(yùn)算放大器, 得到輸出電壓V1 （在這里沒考慮非線性調(diào)整電路即反饋回路R6對電路輸入的影響）。 V1=V+ R9 (V-V)/R8 此外，在該電路中還有一個非常重要的部分，那就是線性化調(diào)節(jié)電路，即本電路中的R6。 對于線性化調(diào)節(jié)的過程以及原理，我們可以用圖3加以解釋。 圖中虛線表示沒有進(jìn)行線性化調(diào)節(jié)時輸出電壓隨源溫度變化時的曲線，圖中實曲線則表示進(jìn)行R6非線性化調(diào)節(jié)的具體過程，隨著溫度升高，輸出電壓隨之提高，正反饋影響增強(qiáng)，只要R6阻值合適可剛好抵消熱電阻本身非線性的影響，使得輸出電壓和溫度為線性關(guān)系，即圖3中直線所示。根據(jù)線性化調(diào)整原理，線性調(diào)整電阻R6的反饋電壓V反為： 則實際輸出： 由于熱電阻線性較好, 經(jīng)計算調(diào)校本電路中R6=8.2k，熱電阻非線性修正可以達(dá)到千分之二的精度。 3.2.3調(diào)零、電源平衡及二級放大電路對零點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路，實質(zhì)上就是調(diào)節(jié)本級放大電壓輸出的大小, 保證在信號源零度（R5=100, 第一級放大器輸出為零）時整個回路電流I1=4mA。它由R10、R16、R13、W1組成，實質(zhì)上就是在本級電壓輸入正端疊加一個調(diào)零電壓，使不足4mA的靜態(tài)工作電流達(dá)到4mA。此外，在該電路中，還有一個部分，那就是減小電源波動對電路輸出的影響，即電路中的R15,它可以抑制電源波動帶來的影響。當(dāng)外界電壓源發(fā)生較大的波動時(或負(fù)載電阻RL變化)，電路靜態(tài)工作電流會發(fā)生微小變化,我們可以利用R15來穩(wěn)定輸出電流。其工作原理一方面是電源增大帶來靜態(tài)電流增加, 另一方面電源的增大通過R15加到本級放大器的負(fù)端起到減法作用, 使本級輸出電壓下降, 選擇合適的R15阻值, 可以保證電源在允許范圍內(nèi)波動時輸出電流的穩(wěn)定。R17決定二級放大倍數(shù)。3.2.4調(diào)滿電路和V/I轉(zhuǎn)換電路調(diào)滿電路是由R18、R20、W2組成的對上一級電壓輸出V2分壓構(gòu)成。通過對W2的調(diào)節(jié)，使得最后輸出（信號源最高輸入時整個電路的輸出）達(dá)到要求的輸出結(jié)果V(W2中間抽頭電壓)。R21、R22、R23、R24、R25及運(yùn)放組成一個V/I轉(zhuǎn)換電路, 由于R22、R23、R24均為200k的大電阻，R25為100的小電阻，整個電路電流輸出I2V/R25。R26是一個負(fù)載電阻。33 熱電偶二線制變送器電路設(shè)計 熱電偶二線制變送器電路和熱電阻二線制變送器主要區(qū)別在于信號采集和非線性修正部分, 下面我們就這兩部分別作介紹。3.3.1信號采集和一級放大電路 熱電偶的輸出是隨被測溫度變化的mV信號。該局部電路設(shè)計如圖4所示。在電路中，TL431的作用是輸出穩(wěn)定的2.5V。D0是一個保護(hù)二極管，它可以保護(hù)電源輸入正負(fù)反相對電路的危害。通過R3和TL431分壓，使TL431兩端的工作電壓保持在2.5V，并為后面的冷端補(bǔ)償，為修正電路和調(diào)零電路提供直流電源。在此電路中，銅線繞制的熱電阻Cu50起冷端補(bǔ)償作用。當(dāng)熱電偶的熱電勢E12隨冷端溫度的變化而變化時，銅電阻 Cu50兩端的電壓也隨之反方向變化，如果分壓電阻R2的阻值選擇適當(dāng)，則Cu50兩端電壓的變化能自動的補(bǔ)償冷端溫度變化對熱電偶熱電勢的影響。根據(jù)冷端補(bǔ)償?shù)亩x，應(yīng)使50C與0C時Cu50兩端的電壓差等于熱電偶在50C時的熱電動勢，當(dāng)冷端溫度為零度時存在的電壓mV通過后面的調(diào)零電路解決，以鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）熱電偶（分度號K）測量變送范圍01300為例， K分度50C時輸出熱電勢等于2.022mV即：由此可求得：R2=13k。 電路中，熱電偶mV信號和冷補(bǔ)銅電阻兩端電壓相加，經(jīng)過R4輸入到LM124的第一級放大器，根據(jù)放大器工作原理，我們可以得出輸出電壓（設(shè)包括熱電偶及冷補(bǔ)之和的輸入信號為V）。 設(shè)計考慮使得當(dāng)熱電偶的溫度達(dá)到最大值(1300對應(yīng)熱電勢為52.398mV)，放大器的輸出電壓為2.5V。也就是說，熱電偶冷端溫度為0C時的電壓加上熱電偶的最大熱電勢，再乘以放大倍數(shù)應(yīng)等于2.5V，即：其中，K為LM324的放大倍數(shù),由此可計算出K=40，如果取R4=R5=5.1k，則R6應(yīng)為180k。3.3.2 線性化調(diào)整電路和二級放大電路該局部電路（這一級輸出V2）是本電路中十分重要的環(huán)節(jié)，同時也是比較難的環(huán)節(jié)。因為它涉及到整個電路的線性調(diào)節(jié)。放大部分在前面已經(jīng)敘述，現(xiàn)在就線性調(diào)節(jié)問題加以闡述。具體電路如圖5所示（圖中幾個二極管連接的電路就是線性修正電路）。電路中的R9、R10、R11、R13、R14、R15、R16均為斷開，只有在需要時，我們才加上該電阻。 本電路是用一非線性放大電路去校正被測參數(shù)的非線性特性, 其原理就是由二極管補(bǔ)償電阻組成的折線并聯(lián)支路在輸入信號的不同位置相續(xù)起作用, 使放大器在信號大小不同位置放大倍數(shù)不同, 其非線性特性剛好和被測熱電偶非線性特性相反。在本電路中采用六個折點(diǎn)(三個為正三個為負(fù)), 折點(diǎn)的位置可改變支路二極管導(dǎo)通電壓調(diào)整, 調(diào)整折線支路電阻大小可改變折線補(bǔ)償斜率。在實際設(shè)計過程中，可取幾個點(diǎn)進(jìn)行修正，對于K分度（檢測范圍01300C）,首先可以假定在0100C范圍近似線性，非線性誤差忽略不計，另外再取500 C、900C、1300C作為修正檢測點(diǎn)，當(dāng)檢測點(diǎn)值在要求線性值以上，則表示輸出值偏大，這就 需要降低輸出，具體措施就是連接D7D12中某一級調(diào)整電路；反之則連接D1D6中某一級調(diào)整電路。電路中拐點(diǎn)選擇二極管可根據(jù)修正的需要選用硅管或鍺管。調(diào)整方式如下：首先以0C調(diào)零1000C調(diào)滿, 然后按以下順序反復(fù)調(diào)校： A 、對 100C500 C段非線性調(diào)整時，我們可以連接D1或者D12這一級，然后調(diào)整R9或者R16電阻大小來改變放大器的放大倍數(shù)，使其達(dá)到規(guī)定輸出值。如果檢測到輸出值偏小，要選擇R9 D1，計算調(diào)整R9的阻值, 促使本段運(yùn)放放大倍數(shù)上升，直到輸出電壓增大到要求線性值。如果我們檢測到輸出值偏大，則需要選擇R16 、D12。并調(diào)整R16阻值，促使本段運(yùn)放放大倍數(shù)下降輸出電壓減小到要求線性值。 B 、在調(diào)節(jié)500 C 900C段非線性調(diào)整時，我們可以連接D2、D3或者D10、D11，然后調(diào)整R10或者R15的大小。 C、對900 C 1300C段非線性調(diào)整時，根據(jù)檢測點(diǎn)1300C輸出值偏大或偏小決定選擇連接的是剩下兩個折線補(bǔ)償支路(三個二極管)的哪一路, 方法同上。和熱電阻變送器相同，在該電路中的R12的作用是修正電源波動時對整個電路的影響。防止電壓源不穩(wěn)定造成420mA波動。調(diào)零調(diào)滿及V/I轉(zhuǎn)換電路也和熱電阻相同在此不再贅述。第四章 軟件設(shè)計 4.1設(shè)計概述根據(jù)在實際設(shè)計生產(chǎn)中的需要，對不同分度號不同量程的二線制溫度變送器，其電路參數(shù)也略有不同, 這給產(chǎn)品的生產(chǎn)調(diào)試帶來不便, 為此在理論計算分折的基礎(chǔ)上設(shè)計了一個輔助軟件來解決這個問題。在這里，同一類二線制變送器電路原理基本相似，只是有幾個電阻參數(shù)不同。為此，我們可以設(shè)計一個輔助計算軟件，來計算不同分度號不同量程變送器電路所對應(yīng)的合適電阻值。在實際設(shè)計過程中，我們可以分兩大類： 4.1.1熱電阻二線制變送器 該類電路包括：Pt100、Pt10、Cu50、Cu100、G、二線制變送器。4.1.2熱電偶二線制變送器該類電路包括：熱電偶K、E、S、B、J、T、WRE二線制變送器。4.2 電阻計算的VB界面設(shè)計 根據(jù)要求，對于該界面，它應(yīng)集成了檢測電路類型選擇、電阻計算、具體電路圖查看、電阻阻值顯示（混和電路原理圖）等功能。當(dāng)我們在選擇了所需檢測電路類型時，單擊確定后，在我們的主體窗口中就可以將各個需計算的電阻顯示出來，同時，為了更加清晰的顯示各電阻之間的關(guān)系以及所計算電阻在電路中的位置，我們還要同時顯示出電路原理圖，把算出的電阻值顯示在原理圖上電阻的相應(yīng)位置。主體窗口中的熱電阻、熱電偶二線制變送器電路的查看，主要是提供一個全面的設(shè)計電路原理圖，藉以顯示在桌面上，同時消除因為顯示電阻值而使電路線路不清楚的影響。界面的主體窗口如下：4.3電路類型選擇設(shè)計 在類型中，我們有各種分度的二線制變送器。為此選擇ComboBox命令來建立下拉式選擇菜單，在該命令的Listlist中輸入所需各種類型，然后對該下拉菜單進(jìn)行命名，比如CboOk。此外在主體程序中進(jìn)行相應(yīng)的鏈接。部分鏈接顯示如下： If CboOk.Text=“請選擇類型”Then MsgBox“必須選擇所需要的類型” If CboOk.Text= “Pt100(0500度)”Then 它的功能主要是通過對類型的控制來選擇所需要的計算。 (2)電阻阻值顯示（混和電路原理圖）設(shè)計 A、對于在主體窗口中的電阻值的顯示，可以采用TextBox命令來對計算出來的阻值進(jìn)行顯示，由于要有相應(yīng)的電阻符號（R1或者其它電阻符號），還要采用Lable命令，來顯示相應(yīng)的電阻符號。在對電阻進(jìn)行計算時，可以采取如下的方式（假設(shè)選擇的是Pt100二線制變送器，計算某一電阻R9公式已知，計算R9的程序如下）： If CboOk.Text = Pt100(0-500度) Then Label7(4).Visible = False Label7(3).Visible = True Text2.Text = (Val(Text1(0).Text) * 100 - 2.5 * 2.809) / (2.5 * 0.1809) 式中Text2.Text即表示我們所求的R9，(Val(Text1(0).Text)則表示我們的未知值，或者是已知的需要帶入本式計算的值。Label7(3) Visible、Label7(4)Visible是指我們第三個、第四個計算輸出的電阻值，在熱電阻變送器中，我們的規(guī)定它們的單位為k，而在熱電偶變送器中，我們規(guī)定的單位為歐，為此，在需要顯示以kW為單位的電阻值時，我們需要隱藏以W為單位的電阻值。 B、對于同時顯示的電路圖以及顯示在電路中的電阻值，我們必須新建一個窗體Form2以及Form3，同時還要設(shè)定一個數(shù)據(jù)傳輸模塊，藉以從Form1中把計算出的電阻傳輸?shù)紽orm2以及Form3的電路原理圖中顯示。新建窗體或者模塊，可以在VB的程序編寫界面的工程條中選取新建窗體或者新建模塊命令。在模塊中，我們可以任意設(shè)定變量，但前提是必須與Form1主體程序中的變量一致。 C、Form2、Form3設(shè)計思路完全一樣，只是在顯示熱電阻電路時，熱電偶電路不顯示，在顯示熱電偶電路時，熱電阻電路不顯示。這是我們需要利用 Form2.Show Form3.Hide語句來屏蔽 Form3或者Form2的顯示。由于我們有單獨(dú)的電路顯示，為此，當(dāng)只需要查看電路圖而不需要顯示電阻值或者那個Lable框時，也需要對在電路圖中幾個Lable顯示框進(jìn)行屏蔽。 在圖例中，我們可以通過左上下拉菜單中選擇所需檢測溫度的電路類型，經(jīng)過點(diǎn)擊確定后，這時，調(diào)用后臺程序?qū)λ栌嬎愕碾娮柽M(jìn)行計算并顯示出來，這里有兩種顯示方式，其一是在主界面上顯示，另外可以在電路原理圖的電阻的相應(yīng)位置顯示。此外，我們可以通過點(diǎn)擊查看熱電阻電路、查看熱電偶電路來查看我們的所需電路原理圖。工作實例見圖6。第五章 總結(jié)與收獲此次畢業(yè)設(shè)計是對我們大學(xué)三年在校期間所學(xué)內(nèi)容的一次綜合運(yùn)用，在這過程中大家齊心協(xié)力共克難關(guān)，最終順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計，下面是本小組對此次畢業(yè)設(shè)計的一次總結(jié)和體會。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我掌握數(shù)字電路的設(shè)計方法和傳感器技術(shù)，運(yùn)用數(shù)字電路的知識，熟悉電路設(shè)計的原理和方法，達(dá)到提高自己實際動手能力的目的勇于挑戰(zhàn)并最終順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計。在這過程中我們經(jīng)歷了最初