1、湖南科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱(chēng)： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 基于PT100設(shè)計(jì)溫度計(jì) 系 別： 電子工程系 專(zhuān) 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 電子1002班 學(xué)生姓名: 顏小勤 肖亞軍 陽(yáng)武杏 學(xué) 號(hào): 4 8 9 起止日期: 2012/9/102012/12/5 指導(dǎo)教師: 廖朝陽(yáng) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日成績(jī)?cè)u(píng)定項(xiàng) 目權(quán)重成績(jī)1、設(shè)計(jì)過(guò)程中出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計(jì)質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)寫(xiě)及圖紙規(guī)范程度0.3總 成 績(jī) 摘 要本文首先簡(jiǎn)要介紹了鉑電阻PT100的特性以及測(cè)溫的方法，在此基礎(chǔ)上闡述了基于PT100的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，是以

2、鉑電阻PT100作為溫度傳感器，采用分壓測(cè)溫的方法，通過(guò)ICL7107進(jìn)行控制顯示，用放大器、ICL7107進(jìn)行溫度信號(hào)的采集。本設(shè)計(jì)采用了單線制鉑電阻溫度測(cè)量電路，通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，減小了測(cè)量電路及PT100自身的誤差，使溫控精度在0100范圍內(nèi)達(dá)到0.5。關(guān)鍵詞：PT100 ICL7107 溫度測(cè)量 AbstractThis article briefly describes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature measurement method, on the basis it describ

3、es the design of temperature measurement system based on PT100. In this design, it is use a PT100 platinum resistance as temperature sensor, in order to acquisition the temperature signal, it use of constant-voltage temperature measurement method and use ILC7107 control, Amplifier. It can still impr

4、ove the perform used singleness temperature circuit and reduce the measurement eror. The temperature precision is reached 0.5 between 0100. Keywords: PT100 ICL7107 Temperature Measures 目 錄 設(shè)計(jì)要求11前言12溫度計(jì)原理圖的選擇22.1 方案一原理框圖22.2方案二原理框圖22.3方案三原理框圖22.4 溫度計(jì)原理圖的選擇方案33各組成部分的工作原理43.1 溫度計(jì)處理電路的工作原理43.2 ICL7107電

5、路的工作原理53.3總電路圖64.電路仿真74.1 處理電路的仿真74.2 ICL7107電路的仿真74.3 總電路的仿真85. protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝105.1 protel制圖105.1.1 溫度計(jì)處理電路原理圖105.1.2溫度計(jì)處理電路 PCB布線圖105.1.3溫度計(jì)處理電路 PCB板三維圖115.2 溫度計(jì)處理電路 PCB板的制作125.3 將各元件安裝到PCB板上126.電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析146.1 溫度計(jì)處理電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果146.2 總電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果156.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析157實(shí)驗(yàn)總結(jié)168儀器儀表清單179參考文獻(xiàn)1810.致謝19設(shè)計(jì)要求用PT100

6、設(shè)計(jì)溫度計(jì)，ICL7107顯示溫度，溫度顯示 0100，誤差在0.5。前言隨著科技的發(fā)展和“信息時(shí)代”的到來(lái)，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。因此，了解并掌握各類(lèi)傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類(lèi)傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過(guò)對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信與信息處理結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開(kāi)

7、發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來(lái)自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開(kāi)發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類(lèi)繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器是其中重要的一類(lèi)傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了這一溫度測(cè)量系統(tǒng)。文中將傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用熱電阻作為溫度傳感器來(lái)測(cè)量實(shí)時(shí)的溫度，以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過(guò)程。本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作

8、為溫度測(cè)量顯示系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、生產(chǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。本課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測(cè)并顯示溫度。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器，信號(hào)放大電路，溫度采集顯示模塊三個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過(guò)程作了詳細(xì)介紹。 溫度計(jì)原理圖的選擇方案一：設(shè)計(jì)者 陽(yáng)武杏本電路由三部分組成：非線性補(bǔ)償，調(diào)零電路，放大電路.整個(gè)電路處理完成時(shí)輸出：0對(duì)應(yīng)0mV，100對(duì)應(yīng)200mV。一級(jí)OP07做PT100的非線性處理，輸出的信號(hào)由二級(jí)OP07做調(diào)零處理，再把信號(hào)送給三級(jí)OP07做穩(wěn)定的放大，放大的信號(hào)送入TCL7107采集顯示。方案二：恒流源處理 設(shè)計(jì)者 肖亞軍通過(guò)OP07做一個(gè)1mA恒流源

9、，為PT100提供穩(wěn)定的電流，溫度傳感器兩端的電壓再通過(guò)OP07調(diào)零、放大輸出。放大的信號(hào)送入TCL7107采集顯示。PT100的溫度從0到100顯示0到200mV。恒流源的設(shè)計(jì)：原理圖中當(dāng)R10=R20,R40=R50,R30=R40+R50. I=VCC*R30*R40/R20方案三：分壓處理法 設(shè)計(jì)者 顏小勤分壓處理是基于恒流源基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，調(diào)試過(guò)程中分壓只要電阻達(dá)到一定的大小，流過(guò)整個(gè)電路的電流就小于1mA，PT100的電阻在0到100里電流基本穩(wěn)定不變，溫度傳感器分的電壓再經(jīng)過(guò)OP07調(diào)零放大輸出。放大的信號(hào)送入TCL7107采集顯示。PT100的溫度從0到100顯示0到200mV。溫

10、度計(jì)原理圖的選擇方案方案選擇:每個(gè)方案都做出了實(shí)物，在實(shí)物的基礎(chǔ)上選擇方案三。方案一做出來(lái)的實(shí)物結(jié)果跟仿真差了太多，性能太差。方案二和方案三相差不大，方案三節(jié)省一個(gè)OP07。各組成部分的工作原理溫度計(jì)處理電路的工作原理 測(cè)溫的模擬電路是把當(dāng)前PT100熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的電壓值，經(jīng)過(guò)OP07放大信號(hào)后送給ICL7107采集。因?yàn)闊崦綦娮璧淖柚岛蜏囟瘸收汝P(guān)系，設(shè)計(jì)人員只需將已知電流流過(guò)該電阻就可以得到與溫度成正比的輸出電壓。根據(jù)已知的電阻-溫度關(guān)系，就可以計(jì)算出被測(cè)溫度值。 PT100分度表 OP07的介紹op07的功能介紹：Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放

11、大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。 特點(diǎn)： 超低偏移： 150V最大 。 低輸入偏置電流： 1.8nA 。 低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。 超穩(wěn)定時(shí)間： 2V/month最大 高電源電壓范圍： 3V至22V 工作電源電壓范圍是3V18V；外觀圖 管腳圖1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為

12、正向輸入端，4電源負(fù)，5空腳 6為輸出，7接電源正。ICL7107電路的工作原理 ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，內(nèi)部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開(kāi)關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。ICL7107采集溫度處理電路的電壓信號(hào)顯示在數(shù)碼管上。注意接地引腳：芯片的電源地是 21 腳，模擬地是 32 腳，信號(hào)地是 30 腳，基準(zhǔn)地是 35 腳。38，39，40組成特定的頻率網(wǎng)絡(luò)。總電路圖總電路就是把溫度處理電路與信號(hào)采集顯示電路的組合，由前端信號(hào)的處理送到TCL7107芯片的采集電路。溫度傳感器處理電路的仿真方案一方案二方案三IC

13、L7107電路的仿真TCL7107的電路仿真是同一個(gè)模式總電路的仿真此處只帖了方案三的總電路，其他2個(gè)方案仿真結(jié)果基本相同。protel制圖及PCB板的制作和電路的安裝protel制圖溫度計(jì)處理電路原理圖方案一：方案二：方案三：溫度計(jì)處理電路 PCB布線圖方案一：方案二：方案三：溫度計(jì)處理電路 PCB板三維圖方案一：方案二： 方案三溫度計(jì)處理電路PCB板的制作制作流程：將布線的底層打印到A4熱轉(zhuǎn)印紙，將覆銅板磨光，把轉(zhuǎn)印紙對(duì)準(zhǔn)覆銅板，用熨斗壓熨半分鐘。最后用鹽酸加雙氧水腐蝕，比例為1：2混合加少量水腐蝕。清洗干凈后，用打孔機(jī)把焊盤(pán)孔打穿。方案三為方案一做出來(lái)驗(yàn)證結(jié)果不對(duì)，制作的萬(wàn)能板電路。圖如

14、下：方案一方案三將各元件安裝到PCB板上對(duì)照原理圖，把各需要的元件找好，根據(jù)打印原理圖把各元件正確的放入焊盤(pán)中，用烙鐵焊錫焊接好。電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析溫度計(jì)處理電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 測(cè)量時(shí)直接用電壓表測(cè)量輸出電壓和PT100的電阻測(cè)量電阻105.3 107.7110.6114.8119.6仿真電壓mV27.840.455.577.3102實(shí)測(cè)電壓mV27.239.854.576.2101.2總電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)測(cè)溫度是用實(shí)測(cè)電壓除以2轉(zhuǎn)換得到測(cè)量電阻105.3 107.7110.6114.8119.6仿真溫度13.920.227.738.651.1查表溫度1420273851實(shí)測(cè)溫度13.619.92

15、6.638.150.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 溫度處理電路模塊較少，因此我們?nèi)藳](méi)有將模塊拆分各自調(diào)試。電路總電流流過(guò)PT100分壓流進(jìn)OP07做調(diào)零處理，0時(shí)電阻100，分壓為Vin=VCC/(R1+Rpt)*Rpt=95.2mV.調(diào)零原理送進(jìn)負(fù)信號(hào)是正信號(hào)抵消：VEE/R7=95.2mV，流入第二個(gè)OP07時(shí):Vi=R5/R3*(Vin+VEE/R7)。經(jīng)過(guò)放大后輸出為：V0=R9/R6*Vi。TCL7107采集時(shí)基準(zhǔn)電壓為Vref=200mV,顯示的數(shù)值與基準(zhǔn)的關(guān)系：Vin/Vref*1000。在實(shí)際電路中由于電阻的精密度不是很高，電阻不能百分之百的達(dá)到仿真時(shí)設(shè)置的電阻，測(cè)的誤差就比較大，總的來(lái)說(shuō)

16、各部分設(shè)計(jì)的還算合格，萬(wàn)能板焊接的電路，電阻不能滿足時(shí)，用小精密電阻串聯(lián)補(bǔ)足大電阻少的那部分電阻。PT100的溫度在100以?xún)?nèi)把它的變化看成為線性的，電流限制在1mA以?xún)?nèi)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)從一開(kāi)始的課題確定，到后來(lái)的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來(lái)的調(diào)試和測(cè)試過(guò)程，這一切都使我們的理論知識(shí)和動(dòng)手能力進(jìn)一步得到提升。在畫(huà)原理圖、電路仿真和調(diào)試過(guò)程中不可避免地遇到各種問(wèn)題，這要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書(shū)本理論知識(shí)積極地思考，實(shí)在解決不了時(shí)候可以請(qǐng)教同學(xué)或指導(dǎo)老師。雖然在制作過(guò)程中不可避免地遇到很多問(wèn)題，但是最后還是在老師以及同學(xué)的幫助下圓滿解決了這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)課程設(shè)計(jì)與最后調(diào)試，相關(guān)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期的要求，

17、很好地完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。在設(shè)計(jì)中，首先遇到的困難就是protel的不熟練。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的電路圖，但protel電路板設(shè)計(jì)和PCB布線中，其實(shí)沒(méi)有那么簡(jiǎn)單了，從著手到畫(huà)出PCB整整花了2天多時(shí)間但PCB板是自己實(shí)驗(yàn)融去焊銅，不能有相交導(dǎo)線，PCB布線要講究線路最短，飛線最短原則，在布線中精益求精。在這次課程設(shè)計(jì)中再一次的認(rèn)識(shí)到在理論與實(shí)際的結(jié)合有很大的距離，在動(dòng)手能力上有一些不足。經(jīng)過(guò)多次的修改和調(diào)試測(cè)量，本設(shè)計(jì)基本符合設(shè)計(jì)要求，由于受人為因素，處理模塊難免不了帶來(lái)一些誤差，但通過(guò)調(diào)節(jié)和精確計(jì)算可以減小誤差，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是：怎樣將PT100熱電阻的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為T(mén)CL7107能采集的電量信號(hào)，其中的信號(hào)如何放大及放大倍數(shù)的確定等等。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專(zhuān)業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這期的設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過(guò)程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。儀器儀表清單元件材料TP100電源電阻電容插座 插針 OP07功率電阻數(shù)量1 1若干2 2 10 21參考文獻(xiàn)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 童詩(shī)白 華成英 主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 閻石 主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第二版） 丁文霞 陸岷 劉安芝