目录1前言 (1)2设计方案 (2)2.1方案论证： (2)2.2显示选：23单元模块设计： (4)3.1传感器检测电路： (4)3.2基准电压电路： (5)3.3温度指示电路: (6)3.4电压比较放大电路： (8)3.5电源电路： (9)3.6电压比较放大电路： (10)3.7 555多谐报警电路： (11)4．软件设计 (13)5．系统功能、指标参数 (14)6．系统调试： (15)7．设计总结 (18)7.1设计小结： (18)7.2设计收获体会： (18)7.3设计建议： (18)8．参考文献： (19)附录 (20)1 前言在钢铁、机械、石油化工、电力、等工业生产中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一; 随着科学技术和生产发展,需要对各种参数进行测量,温度是工业对象中主要的被控参数之一.在冶金工业,化工生产,电力工程,机械制造和食品加工等许多领域中,人们都需要对各种环境中的温度进行检测和控制,温度控制对于大型工业和日常生活用品等工程都具有广阔的应用前景.例如冶金工业中的炼钢炉温度控制、化工生产中的培养皿温度控制、食品加工车间的温度控制等。

温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到并满足工艺过程的要求。

温度测量与控制系统是自动控制技术、计算机技术、电子技术和通信技术的有机结合，综合发展的产物。

其内容十分的丰富，它包括各种数据的采集和处理系统、自动测量系统、生产过程自动控制系统等，广泛应用于工厂自动化、商业自动化、实验室自动化等人类活动的各个领域。

随着工业的发展，对温度控制提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。

温度控制是一种具有纯滞后的系统，加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，目前的温度控制系统大多建立在一定的数学模型基础上，对被控对象中的非线性、时变性及随机干扰无能为力，因此，提高系统的抗干扰能力成为关键性的技术。

首先，控温精度要高。

其次，当环境发生变化而影响到控温精度时，要有合适的手段进行调整以达到精度要求。

而且，为了方便进行工艺的研究，需要能保存温度数据。

最后，由于生产中的实际情况，控制设备要求操作方便，易于维护，成本较低等等。

常用的温度控制方法有:电接点温度表温度控制、位式温度显示调节仪温度控制、PID连续电流输出温度显示调节仪表温度控制、PID连续电压输出温度显示调节仪表温度控制。

这些温度控制方法大都是在工业生产现场安装温度控制仪表，通过提前设定温度控制的上下限值或PID控制参数，然后再将控制仪表投入使用，进行各种预定的控制。

但若被控对象发生变化，难于实时的调整控制参数，不能满足实时控制的要求，而且温度变化曲线的一一记录不易实现。

2．设计方案电路要获得必要的外界温度信息，必须要通过传感器来获得信息。

如何获得被测信号是核心任务，而对测控对象状态的测试和对测控条件的检察也是不可缺少的环节。

温控电路适用于0℃~100℃±2℃。

包含传感器电路，放大电路，温度比较电路，利用三极管的特性控制加热器加热等自动反馈电路。

并用A/D 转换显示数值。

2.1传感器选择方案一：采用热敏电阻温度传感器。

热电阻是利用道题的电阻随温度变化的特性之称的测温元件。

铜电阻的温度系数大，价格低，易于提纯加工;但电阻率小，在腐蚀性介质中实用性稳定性差，用于-50~180℃方案二：MTS-102当温度从-40~+150℃是其精确度为±2摄氏度体积小 成本低。

方案二较方案一温度指标更接近于实验任务目标，且更稳定可靠2.2显示选择方案一：由555时基电路，四个十进制计数器显示所示温度，利用选通门的通断时间与被测温度呈现一定的线性比拟关系得到，进入计数器的脉冲代表温度的高低。

方案二：利用ICL7017型A/D 转换器把模拟电路与数字电路集成在一块芯片上的大规模COMS 电路与LED 组成数字电压。

由于检测温度值（灵敏度为10mV/℃），若显示250则表明当时温度有25℃。

方案二较方案一更简便集成，且无冒险。

所以选择方案二。

图1.设计框图传感器电路，MTS-102 LM324进行电压放大 进行A/D 转换，显示所示电压，转换温度。

利用三极管导通断开特性控制加热器的加热。

LM324温度比较电路基准电压，温度指示电路LM324为价格编译的带有真差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器轩昂比，它一显著优点其工作在低压3.0伏活到高到32伏的电源下，静态电流大致为MC1741的静态电流的五分之一，其模输入范围包括负电源，因而消除了再许多应用场合中采用外部偏置元件的必要输出电压范围也保安负电源电压。

通过基准电压的设定控制需要的温度再将实际测量的温度转化为电量与基准电压相比较，若低于基准电压则输出低电平。

加热器加热，一旦高与基准电压输出高电平三极管截止，同时高电平激活555所组成的多谐振荡器促使其产生规律的方波放出报警声。

3单元模块设计3.1、传感器检测电路：传感器检测检测电路有晶体管式温度传感器V1, 电阻器R1、电容C3和运算放大器N1组成。

图2传感器检测电路MTS-102它的温度系数线性度相当高。

Motorola公司的MTS102硅温度传感是经过特殊设计，并为满足传感器的要求进行了优化处理的二极管。

可广泛用于汽车和工业产品的温度检测系统。

因为这些场合强调低成本和高精度。

当温度从-40～+150℃变化时，用TO-92标准封装的这种传感器的温度准确度可达到±2℃。

电路图原理：VI的发射结的电压降（VBE）随着环境温度的变化而变化，温度上升时，VI的导通内阻变小，发射结的电压降也减小.使N1的输出减小。

电压跟随器的AV=1但是它的输入电阻R→∞,输出电阻0Ri→。

该电路几乎不从信号源吸取电流，输出电压不变消除了负载变化对输出电压的影响。

图3晶体管敏感系数3.2基准电压电路：基准电压电路由电阻器R4、R5、R8、电位器RP1、RP2、RP3、稳压二极管VS和IC1内部的N4组成。

图4基准电压电路如图所示：电压源产生9V的电压经R5限流，VS稳压过后产生+6V左右的基准电压，一路经过R4，RP1分压过后卫N2的正向输入端提供基准电压，另一路先经LM324缓冲放大，然后经过RP2,RP3分压过后，再经R8加至N3的正相输入端作为N3的基准电压。

RP3用来设定控制温度值;RP2用来设定RP3的最大输出电压（调试时，调节RP2的阻值，使RP3的最大输出电压为设定值；RP1用来设定N2正相输入端的基准电压(调试时，调节RP1的阻值，使N2的正相输入电压)。

由于稳压二极管存在稳定的4V电压则，由此可知当我们需要50℃时我们可以调节RP2,RP3使N3的3脚输出50mv则确定限定值V=VS*RP3/RP2+RP3电压基准与系统有关。

在要求绝对测量的应用场合，其准确度受使用基准值的准确度的限制。

但是在许多系统中稳定性和重复性比绝对精度更重要；而在有些数据采集系统中电压基准的长期准确度几乎完全不重要，但是如果从有噪声的系统电源中派生基准就会引起误差。

图5电压比拟3.3温度指示电路温度指示电路由电阻器R2、R3、N2以及数字电压表组成图6温度指示电路N2正相53MV后输出的为指示电压，为V1所检测的温度值（灵敏度为10mv/每℃），如电压为250mv则所示电压为25℃。

利用求差电路来计算出基准电压使数字电压原理：ICL7107:是把模拟电路与数字电路集成在一块芯片上的大规模CMOS集成电路，它具有低功耗，输入阻抗高，噪声低，能直接驱动共阳极LED显示器，不需要另加驱动器件，使转换电路简化的特点以下为各管脚功能的特点:ICL7107引脚功能V＋和V-分别为电源的正极和负极，au-gu,aT-gT,aH-gH：分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号，依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

Bck：千位笔画驱动信号。

接千位LEO显示器的相应的笔画电极。

PM：液晶显示器背面公共电极的驱动端，简称背电极。

Oscl-OSc3 ：时钟振荡器的引出端，外接阻容或石英晶体组成的振荡器。

第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定：Fosl = 0.45/RCCOM ：模拟信号公共端，简称“模拟地”，使用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。

TEST ：测试端，该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地，故也称“逻辑地”或“数字地”。

VREF＋VREF- ：基准电压正负端。

CREF：外接基准电容端。

INT：27是一个积分电容器，必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件IN＋和IN- ：模拟量输入端，分别接输入信号的正端和负端。

AZ：积分器和比较器的反向输入端，接自动调零电容CAz 。

如果应用在200mV满刻度的场合是使用0.47μF，而2V满刻度是0.047μF。

BUF：缓冲放大器输出端，接积分电阻Rint。

其输出级的无功电流( idling current )是100μA，而缓冲器与积分器能够供给20μA的驱动电流，从此脚接一个Rint至积分电容器，其值在满刻度200mV时选用47K，而2V满刻度则使用470K。

(3) ICL7107的工作原理双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。

它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

838电子它的原理性框图如图2所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。

积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。

比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。

时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。

它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。

其振荡周期Tc=2RC In1.5=2.2RC。

由其与LED组成的电路直接显示所测温度。

3.4电压比较放大电路电压比较放大电路有N3和电阻器R6,R7组成，N3选用LM324型四运放集成电路。

较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。

由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。

图1(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为：Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。

若R1=R2，R3=RF，则Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。