傳感器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)報(bào)告實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：數(shù)顯溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作班級(jí)：電子信息0912班學(xué)號(hào)：實(shí)訓(xùn)時(shí)間：18-19周姓名：一、實(shí)訓(xùn)目的1、了解芯片IC7107和芯片OP07的參數(shù)、功能；2、熟悉A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)；3、更好的把模擬電路、數(shù)字電路、傳感器的技術(shù)及應(yīng)用這三門已學(xué)過的課結(jié)合運(yùn)用起來。二、實(shí)訓(xùn)作品要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)1、測(cè)溫范圍0-150度；2、采用4位數(shù)碼管顯示，能夠穩(wěn)定顯示環(huán)境溫度的值；3、顯示精度為0.1度，測(cè)量誤差不超過±1%。4、焊接工藝良好；三、設(shè)計(jì)方案1、A/D轉(zhuǎn)換器原理圖如下所示：把電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，則要用到A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器分為三個(gè)類型：a:關(guān)聯(lián)比較型10ns~1us速度快，但價(jià)格高b:逐次逼近型幾u(yù)s~100us精度高c:雙積分型幾百us~幾ms速度慢，但抗干擾能力強(qiáng)芯片ICL7107通過對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出，即該芯片屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。它集成了A/D轉(zhuǎn)換器的模擬部分電路和數(shù)字部分電路,它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉(zhuǎn)換精度為0.05，抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度慢轉(zhuǎn)換時(shí)間為幾百us-幾ms，能直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管，設(shè)有一專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因?yàn)榇舜沃谱饕箫@示分辨率為0.1度，所以要驅(qū)動(dòng)一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，測(cè)量誤差不超過±1%使用時(shí)可將LED共陽(yáng)極數(shù)數(shù)碼管公共陽(yáng)極接V+。2、電源電路：輸入電壓要穩(wěn)定，不然即使Ei=0，pt100也會(huì)變化，所以要采用穩(wěn)壓電路。原理圖如下所示：當(dāng)電阻值為100歐姆時(shí)，電流為25mA，LM336提供不了這么大的電流，于是電阻值取1K。此時(shí)橋路輸出電壓變小，如果在原來的已經(jīng)產(chǎn)生平衡的差分放大電路加大放大倍數(shù)來保持vi+電壓值不受影響，會(huì)打破原電路的正負(fù)反饋的平衡，非線性校正就會(huì)失敗，于是只能在第一次放大之后再進(jìn)行放大。其中PT100用插座代替，R3要通過運(yùn)算的出：連接好電源線，用萬(wàn)用表測(cè)出第二個(gè)OP07的第六號(hào)腳的電壓為1.9233v，已知RP2的阻值為56k，電壓為1.6v，則R3=U/I=(1.9v-1.6v)*56K/1.6v=10.5K,所以R3的值為10k。方案一：電阻分壓。方案二：橋式電路。由于熱電阻的阻值隨溫度的變化而變化比較大，方案一比較難測(cè)，方案二具有較高的精確度和靈敏度，還能預(yù)調(diào)平衡，因此選用方案二比較適合。為減小電阻帶來的誤差，采用電位器，使電橋平衡，所以原理圖中的RP1就是用來調(diào)零（當(dāng)溫度輸入為0℃四、具體功能電路的設(shè)計(jì)1、信號(hào)放大電路：當(dāng)測(cè)量溫度為100℃時(shí)，要求數(shù)碼管顯示為100.0，則芯片輸入電壓要求為1v,而此時(shí)橋路輸出電壓uo=（△R/R）Ui/4=（38.5/138.5）*2.5/4=0.37173646v≠1v.于是要把0.37173646v轉(zhuǎn)換成1v，所以要用到放大電路，由于橋路輸出電壓是差值，所以選用差分放大電路放大.當(dāng)把放大倍數(shù)取*4.08時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)vin+電壓與預(yù)期的有偏大的也有偏小的，這是因?yàn)閜t100是非線性的，于是要引入非線性校正電路——為減小電阻帶來的誤差導(dǎo)致放大倍數(shù)不精確，采用變位器調(diào)滿度（當(dāng)滿量程為150℃2、電源電路LM236/LM336集成電路是精密的2.5V并聯(lián)穩(wěn)壓器，其工作相當(dāng)于一個(gè)低溫度系數(shù)的、動(dòng)態(tài)電阻為0.2歐的2.5V齊納二極管，其中的微調(diào)端可以使基準(zhǔn)電壓和溫度系數(shù)得到微調(diào)。它的典型性能參數(shù)有：A、低溫度系數(shù)：6Mv/9Mv/18mV；B、工作電流范圍寬：300uA——10mA；C、動(dòng)態(tài)電阻：0.2歐；D、最大正向電流：10mA；E、最大反向電流：15mA。上圖（a）是LM336系列的基本應(yīng)用電路，圖中的10k電位器用來調(diào)節(jié)擊穿電壓而不影響器件的溫度系數(shù)。上圖（b）所示，10k電位器的上、下端各串聯(lián)一個(gè)硅二極管時(shí)，可以改變溫度系數(shù)。當(dāng)電壓調(diào)到2.940V時(shí)，溫度系數(shù)最小。3、芯片ICL7107外形如下所示：芯片的引腳作用：V＋和V-分別為電源的正極和負(fù)極，Oscl-OSc3：時(shí)鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來決定：Fosl=0.45/RC38管腳：35.58Hz39管腳：34.84Hz40管腳：29.0157HzCOM：模擬信號(hào)公共端，簡(jiǎn)稱“模擬地”，使用時(shí)一般與輸入信號(hào)的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。TEST：測(cè)試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。VREF＋VREF-：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。CREF：外接基準(zhǔn)電容端。INT：27是一個(gè)積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件IN＋和IN-：模擬量輸入端，分別接輸入信號(hào)的正端和負(fù)端。AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場(chǎng)合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF。BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級(jí)的無(wú)功電流(idlingcurrent)是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。五、電路制作與調(diào)試1、焊接放大信號(hào)板，做好連接電纜，注意連接點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2、檢查無(wú)誤后，方可通電。3、調(diào)零：用電阻箱提供100歐電阻，接入Pt100插座，調(diào)整RP1使表頭顯示為0。4、調(diào)滿量程150°c，R9短接，電阻箱調(diào)到1505、根據(jù)所調(diào)電阻箱的阻值，測(cè)出相應(yīng)的橋路輸出電壓，運(yùn)算一級(jí)放大電壓，二級(jí)放大電壓，顯示板電壓，讀出數(shù)碼顯示管的值。6、根據(jù)PT100分度表調(diào)節(jié)電阻箱，使電阻箱的值顯示為分度表相應(yīng)溫度的值，對(duì)比數(shù)碼管顯示的溫度與實(shí)際溫度。7、接PT100，測(cè)試沸水溫度與冰水混合物溫度。電源電路：制作步驟：準(zhǔn)備元件（一個(gè)LM336穩(wěn)壓管、1K電阻、直流穩(wěn)壓電源）——按照電路圖擺放焊接元件。調(diào)試：1、把+5v和接地連接到直流穩(wěn)壓電源；2、用萬(wàn)用表測(cè)試LM336輸出電壓是否穩(wěn)定輸出2.5v；信號(hào)的檢測(cè)與放大電路：制作步驟：準(zhǔn)備元件——按照電路圖擺放焊接元件——按照電路圖與電源電路連接好。調(diào)試：1、檢查電路連接是否正確，2、AGND,SGND連接，空置OP07,連接直流穩(wěn)壓電源，檢查OP07的7號(hào)腳是否為+5v，4號(hào)腳是否為-5v3、PT100處用電阻箱代替，放置芯片。4、電阻箱設(shè)為滿量程1507107顯示電路：制作步驟：準(zhǔn)備元件——按照電路圖擺放焊接元件——按照電路圖與電源電路、信號(hào)的檢測(cè)與放大電路連接好——制作萬(wàn)能板。調(diào)試：1、檢查電路連接是否正確；2、空置ICL7107芯片，通電測(cè)量芯片第一腳是否為+5v，第26腳是否為-5v；3、調(diào)節(jié)變位器，是ICL7107的第36腳我餓+1.0000v；4、斷電后，放入ICL7107，在通電；5、vin+與vin-短接，數(shù)碼管顯示為三個(gè)0；6、vin+接到ICL7107芯片的第36腳，數(shù)碼管穩(wěn)定顯示為1000左右；7、利用萬(wàn)能板，測(cè)數(shù)據(jù)（1、連接線路，2，調(diào)節(jié)萬(wàn)能板上的電壓是vin+為要測(cè)量的電壓值，3、讀取數(shù)碼管顯示的值）；8、讀數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)；9、分析數(shù)據(jù)；萬(wàn)能板如下圖所示：10、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：檢查電路連接是否正確；接好接線；調(diào)節(jié)電阻箱為100歐姆，調(diào)節(jié)RP1，使數(shù)碼管顯示為0；調(diào)節(jié)電阻箱為158.2，調(diào)節(jié)變位器RP2使數(shù)碼管顯示為150.0；調(diào)節(jié)電阻箱為111.7，看數(shù)碼管是否顯示為30.0；調(diào)節(jié)電阻箱為138.5，看數(shù)碼管是否顯示為100.0；六、作品測(cè)試1、在基準(zhǔn)電壓（ICL7107芯片的36管腳電壓）為1v的情況下，ICL7107芯片的輸入電壓與數(shù)碼管顯示關(guān)系如下表所示：電壓v00.250.50.7511.251.51.7522.252.5標(biāo)準(zhǔn)02505007501000125015001750100012502500Ref1.051238473715937118914271664190620002000Ref112485007481000125015001748199820002000Ref0.9502635257871051131315751840200020002000分析：根據(jù)數(shù)據(jù)畫出折線圖如下所示，該數(shù)顯溫度計(jì)具有較好的線性度，誤差較小，當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，數(shù)碼管顯示的值與輸入電壓成正比，當(dāng)輸入電壓大于兩倍的vref+時(shí)，數(shù)碼管顯示1***，該數(shù)顯溫度計(jì)有較好的線性度。還可以得出它們的關(guān)系為(其中y為數(shù)碼管顯示的值)：Vi/T=Vref/T2Vi=T*Vref/T2Y=1000*vin/vref(vin<=2vref)；2、輸出電壓70UABUCUDUE69.74.809V0.16353V0.91985V0.68520V全部調(diào)試后，接好PT100，測(cè)量冰水混合物，測(cè)量室溫，測(cè)量看數(shù)碼管顯示的溫度值是否與溫度計(jì)顯示的是否一致。作品測(cè)試數(shù)據(jù)如下：水銀溫度計(jì)顯示013100150數(shù)顯溫度計(jì)顯示-0.212.9100.2150.1分析：通過上圖可以看出，水銀溫度計(jì)顯示值與數(shù)顯溫度計(jì)顯示值成比例，顯示分辨率很高，符合作品要求，作品制作成功。七、實(shí)訓(xùn)總結(jié)1、開始焊接制作時(shí)，色環(huán)電阻較多，在讀取電阻時(shí)應(yīng)保證準(zhǔn)確無(wú)誤，焊接時(shí)應(yīng)遵循從矮到高，焊錫不要太多避免與其他管腳相連，OP07的方向和接插件的方向也應(yīng)該注意，否則會(huì)影響其他元件的擺放。2、在通電調(diào)試前，應(yīng)該先卸下芯片測(cè)試電路是否正確，以免芯片燒壞。在調(diào)試的過程中，容易出現(xiàn)數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，芯片的第36號(hào)腳電壓（基準(zhǔn)電壓）不穩(wěn)定、不好調(diào)節(jié)，分析原因有以下兩點(diǎn)：1、電路板上的電容管腳太長(zhǎng)，數(shù)碼管顯示不穩(wěn)定，會(huì)跳動(dòng)。2、接線有問題，板子上有電源地和信號(hào)地兩種，在調(diào)節(jié)時(shí)，萬(wàn)用表的黑表筆應(yīng)該搭在電源地，因?yàn)閷?dǎo)線是有電阻的，在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，要耐心等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定顯示再做記錄。在實(shí)訓(xùn)的過程中，我遇到了數(shù)顯溫度計(jì)在測(cè)試時(shí)數(shù)值顯示不穩(wěn)定，導(dǎo)致無(wú)法記錄相應(yīng)的準(zhǔn)確數(shù)值，經(jīng)過分析，我總結(jié)了一個(gè)找數(shù)顯溫度計(jì)存在的問題的一般步驟：1、查看元件擺放是否正確。2、查看電路是否導(dǎo)通。3、看小板是否能正常工作，能否調(diào)零。如果能，則問題出在大板。