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溫度傳感器方案論述：
溫度的檢測(cè)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(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候需要將溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，溫度的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，進(jìn)而通過對(duì)電壓的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。在進(jìn)行溫度采集時(shí)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(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后將輸出的電壓信號(hào)通過信號(hào)處理電路進(jìn)行放大處理，處理后的電壓信號(hào)送入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)實(shí)際的需要自行選擇需要的溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主要缺點(diǎn)是需要進(jìn)行信號(hào)處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。
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(chǎn)物。數(shù)字式溫度傳感器將溫度傳感器、信號(hào)處理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及通訊控制器等電路集成到一個(gè)芯片上，在使用的時(shí)候，可以通過控制器與芯片進(jìn)行通訊來完成溫度的采集和數(shù)據(jù)的讀取，在電子設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)上十分簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單的外圍電路就可以實(shí)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(fù)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(huì)造成芯片自身溫度較高，進(jìn)而檢測(cè)的溫度比外圍溫度要高。
方案確定：
通過上面對(duì)上述兩種方案的分析可以知道兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)及控制系統(tǒng)主要針對(duì)工業(yè)環(huán)境，所以綜合考慮本次設(shè)計(jì)選擇方案一作為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。以熱電阻作為溫度傳感器，然后設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路，對(duì)溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以使用的電壓信號(hào)，然后提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。
傳感器測(cè)溫電路：
常見鉑測(cè)溫電阻的標(biāo)稱電阻值為100Ω，溫度系數(shù)是3850×10 ^-6^ /℃。標(biāo)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(biāo)稱值的誤差可用一點(diǎn)調(diào)整，而溫度系數(shù)的誤差要由間隔溫度的兩點(diǎn)調(diào)整。當(dāng)要求很細(xì)微的調(diào)整溫度時(shí)，要選用溫度系數(shù)一致的傳感器。
如下圖所示為本次設(shè)計(jì)的溫度傳感器電路，電路主要由溫度測(cè)量H橋和信號(hào)放大電路組成。通過H橋測(cè)量電路對(duì)PT100 溫度傳感器（R4）的溫度變化進(jìn)行測(cè)量，然后將H橋輸出的差分信號(hào)送入到差分放大電路進(jìn)行信號(hào)放大輸出，通過對(duì)電位器的調(diào)節(jié)就可以對(duì)信號(hào)測(cè)量范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。
模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路，是信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)中十分常見的一種應(yīng)用電路。本次設(shè)計(jì)中使用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)溫度傳感器的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)。然后將得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和顯示，就可以得到檢測(cè)后的溫度。本次設(shè)計(jì)選擇8位ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以對(duì)0-5v的直流電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為8位2進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)周期性脈沖信號(hào)，作為轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，所以本次設(shè)計(jì)使用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)周期性脈沖信號(hào)來控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣控制。
顯示電路設(shè)計(jì)：
為了能夠?qū)⒛?shù)轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果更加直觀的體現(xiàn)給使用者，本次設(shè)計(jì)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換器輸出的8位2進(jìn)制轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換為BCD碼格式的結(jié)構(gòu)，然后通過BCD顯示驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。
聲光報(bào)警電路
如下圖所示為本次設(shè)計(jì)的光報(bào)警電路，本次設(shè)計(jì)的報(bào)警電路采用LM393比較器作為控制核心。通過電位器可以對(duì)溫度的報(bào)警閥值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時(shí)，LED指示燈就會(huì)亮起發(fā)出報(bào)警提示。
下圖所示為本次設(shè)計(jì)的聲音報(bào)警電路，一旦出現(xiàn)超溫的情況就會(huì)發(fā)出報(bào)警提示音。聲音報(bào)警電路采用555定時(shí)芯片組成。利用555定時(shí)器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，然后利用鎖存器將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成占空比為50%的方波信號(hào)去驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，進(jìn)而達(dá)到發(fā)聲的目的。
溫度控制電路設(shè)計(jì)：
如下圖所示為本次設(shè)計(jì)的溫度控制電路。溫度控制電路采用兩個(gè)比較器對(duì)溫度的數(shù)值進(jìn)行判斷，上面的比較器，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時(shí)，比較器的輸出就會(huì)控制后面的繼電器吸合，啟動(dòng)風(fēng)扇，開啟降溫模式；下面的比較器，當(dāng)溫度小于設(shè)定值時(shí)，比較器的輸出就會(huì)控制后面的繼電器吸合開始加熱模式，在進(jìn)行數(shù)值的設(shè)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(dāng)溫度在此值跳動(dòng)時(shí)繼電器頻繁動(dòng)作。
如圖所示為本次設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)和控制電路仿真圖，在運(yùn)行仿真后，可以通過調(diào)節(jié)模擬PT100的電位器，當(dāng)電位器的滾動(dòng)條向右調(diào)節(jié)時(shí)此時(shí)溫度是降低的。
此時(shí)的溫度為21度低于設(shè)定的24度，所以加熱繼電器開啟進(jìn)行加熱。
當(dāng)將模擬電位器的滾動(dòng)條向左調(diào)節(jié)時(shí)，此時(shí)溫度是上升狀態(tài)。
此時(shí)溫度大于30度，可以看到此時(shí)加熱繼電器不工作，而風(fēng)扇繼電器工作，開啟降溫模式。
審核編輯：湯梓紅
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