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，在進行檢測的時候需要將溫度轉換成電信號，溫度的變化轉換成電壓的變化，進而通過對電壓的檢測實現(xiàn)對溫度的檢測。在進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行放大處理，處理后的電壓信號送入到模數(shù)轉換器進行轉換。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)轉換器，主要缺點是需要進行信號處理電路和模數(shù)轉換電路的設計。

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行通訊來完成溫度的采集和數(shù)據(jù)的讀取，在電子設計中比較常用的有DS18B20、LM75等。數(shù)字式溫度傳感器雖然在電路結構上十分簡單，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計選擇方案一作為系統(tǒng)的設計方案。以熱電阻作為溫度傳感器，然后設計信號處理電路，對溫度傳感器輸出的電壓信號進行處理，轉換成模數(shù)轉換器可以使用的電壓信號，然后提供給模數(shù)轉換器進行溫度轉換。

單元電路設計：

傳感器測溫電路：

常見鉑測溫電阻的標稱電阻值為100Ω，溫度系數(shù)是3850×10 ^-6^ /℃。標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。標稱值的誤差可用一點調整，而溫度系數(shù)的誤差要由間隔溫度的兩點調整。當要求很細微的調整溫度時，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行信號放大輸出，通過對電位器的調節(jié)就可以對信號測量范圍進行調節(jié)。

模數(shù)轉換電路設計：

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

顯示電路設計：

為了能夠將模數(shù)轉換器的輸出結果更加直觀的體現(xiàn)給使用者，本次設計為系統(tǒng)設計顯示電路，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)轉換器輸出的8位2進制轉換結果轉換為BCD碼格式的結構，然后通過BCD顯示驅動芯片驅動數(shù)碼管進行顯示。

聲光報警電路

如下圖所示為本次設計的光報警電路，本次設計的報警電路采用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行設定，當溫度大于設定值時，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定時器產生一定頻率的脈沖信號，然后利用鎖存器將脈沖信號轉換成占空比為50%的方波信號去驅動蜂鳴器，進而達到發(fā)聲的目的。

溫度控制電路設計：

如下圖所示為本次設計的溫度控制電路。溫度控制電路采用兩個比較器對溫度的數(shù)值進行判斷，上面的比較器，當溫度大于設定值時，比較器的輸出就會控制后面的繼電器吸合，啟動風扇，開啟降溫模式；下面的比較器，當溫度小于設定值時，比較器的輸出就會控制后面的繼電器吸合開始加熱模式，在進行數(shù)值的設定是，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，可以通過調節(jié)模擬PT100的電位器，當電位器的滾動條向右調節(jié)時此時溫度是降低的。

此時的溫度為21度低于設定的24度，所以加熱繼電器開啟進行加熱。

當將模擬電位器的滾動條向左調節(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，而風扇繼電器工作，開啟降溫模式。

審核編輯：湯梓紅

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