数字温度测控仪设计方案
温度测量数显控制仪设计
河北学院课程设计说明书(学年第二学期）课程名称：电子技术课程设计题目：温度测量数显控制电路专业班级:学生姓名:学号：指导教师：设计周数：2周设计成绩：目录一、绪论二、设计目的三、设计主题（方案Ⅰ与方案Ⅱ)1、方框图2、设计3、制作四、结论附件元件清单一、绪论主要说明以7107为核心的数字式温度控制器的设计.主要由五部分组成:数码管显示预设温度和实测温度，A/D转换器实现数模信号的相互转换；预置电路和实测电路来预置温度和测量温度.控制电路则用来控制预设与实测之间的转换,此部分是一个电压比较器以LM324为主.供电部分为偏执电路，直流稳压电源5V。
二、设计目的设计任务:温度显示/控制电路设计设计要求:该设计电路测量温度的范围为0到100℃，能够对温度值预置、测量进行数字显示和温度控制.可选用器件：集成电路、LM324、CD4013、CD4066、LM7107、共阳数码管、发光二极管、电阻、电容、开关按钮等三、设计主题方案Ⅰ1、方框图2、方案分析热敏电阻的电阻值会随着外界温度的变化而变化,并近似为线性变化.利用这种关系，可以组成温度测量电路。
从这个电路中将会得到随外界温度变化而变化的带有当前温度特征的电压信号。
温度测量电路模块输出的电压信号的伏值一般较小，不能直接用于后续电路模块的输入信号。
因此,要在温度测量电路后面加上电压放大电路。
将温度测量电路输出的带有当前温度特征的电压信号进行放大,使得输出的电压伏值能够满足后续电路模块的输入要求，选择LM324。
放大电路模块输出地电压信号分为两路：一路直接用于数字显示电路模块的输入信号,从而得到直观的温度数据。
另一路将输出的电压信号作为继电器驱动电路模块中的电压比较器的一个输入信号。
温度控制电路模块的输出电压信号也分为两路:一路直接送到数字显示电路模块的输入端，这样既可以显示当前要设的温度值.另一路送入继电器驱动电路模块中的电压比较器的另一个输入端，与放大电路的模块输出的电压信号进行比较,，从而由这两电路输入的电压信号决定电压比较器的输出电压信号。
温度测量数显控制仪的设计实现
五、总结
通过几天的努力，在老师和同学的指导和帮助下，本次试验达到了预期的实 验效果。 本次试验是利用 PT100 接 LM324 运放、数码管显示 A/D 转换电路和数码 显示电路。 数码管显示 A/D 转换电路主要由芯片 ICL7107 组成，由四位数码管共 阳极组成。LM324 部分电路主要完成将温度信号转换为电压信号，ICL7107 部分 电路与数码管显示电路完成温度的数字显示。 在这次实验中，我发现了自己的很多不足。首先，在分析原理过程中，不应 该只参照一两个网上所谓的报告，应该主要研究芯片的功能，输出的公式，调整 的方式等等，然后再参考老师所给的建议，进行思考。次外，在设计之初，没有 对电路的全面认识，在焊制电路板的过程中碰到不少困难。尤其是运放，自己确 实应该按照原理图的设计接口来焊接，但却自己设计了电路图，结果由于没有参 照，在调节和检查电路时遇到了相当大的麻烦。
一、课程设计名称及要求
1、设计题目 选题三：温度测量数显控制仪的设计实现 2、设计背景 温度控制是日常生活和工程领域经常需要解决的问题，在冷库、制冷设备、 粮食储备等精度要求不特别高的场合， 采用铂电阻来实现温度的采集与控制调节。 3、设计任务与要求 设计一个可在一定温度范围进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪。该 仪器测量温度的范围为-50—200℃，能够对温度值进行数字显示（可显示温度测 量值和设定温度值两种） ， 其测量误差为±1℃。 当超过某一设定温度上限时 （如 30℃），能够声光报警，并且启动风扇。 4、设计目的 ①、了解温度采集传感器 Pt100 的工作原理，掌握其工程设计使用方法。。 ②、掌握模数转换、电阻电压转换及数码显示电路的设计构造方法。 ③、 掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识进行 初步工程设计与实际装调系统电路的能力。
温度测量数显控制仪的设计实现
电子电路实验3 综合设计总结报告题目：温度测量数显控制仪的设计实现班级：学号：：成绩：日期：一、摘要本次实验制作一个温度控制的数字显示控制仪器，主要分为温度采集、电阻/电压转换器、A/D转换器、控制电路和显示电路这五个模块。
温度采集部分用pt100铂电阻来实现，当温度变化时，铂电阻的阻值发生变化，铂电阻的每一个阻值都与温度一一对应，电阻/电压转换器将铂电阻的阻值转化成容易测量的电压值，在京A/D转化器将模拟电压值转换为数字电压值，最终由数码管显示。
当温度超过设定值之后，系统自动启动报警装置，蜂鸣器响起，发光二极管常亮，小风扇随之转动以达到降温效果。
本实验成果能够满足对温度测量精度要求较高的场所的需求，其测量围为-50℃~200℃，精度允许误差为±1℃，精度较高。
二、设计任务2.1 设计选题选题十五温度测量数显控制仪的设计实现2.2 设计任务要求设计一个可在一定温度围进行温度测量与控制的温度测量数显控制仪。
该仪器测量温度的围为-50～200℃，能够对温度值进行数字显示（可显示温度测量值和设定温度值两种），其测量误差为±1℃。
当超过某一设定温度上限值时（如30℃），能声光报警，并启动风扇。
三、方案设计与论证电路可由温度采集（传感器）、电阻/电压转换器、A/D转换器、控制电路和显示电路组成。
温度由pt100铂电阻采集，经过一个比例放大器将电阻值转换为电压值，为了增加带载能力同时又不改变电压值，在其后增加一个电压跟随器。
A/D转换器集成在芯片ICL7107中，输出的数字信号直接显示在数码管上。
控制电路用比较器与电压跟随器输出相连，当电压超过一定值之后控制电路工作。
系统方框图见图1。
图1 系统方框图此方案A/D转换器使用ICL7107，部设有参考电压、七段译码器、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零、参考源和时钟系统等功能。
满足本选题的技术指标要求，而且硬件电路结构简单，易于实现。
数字式温度测量系统的设计与实现
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2．温度检测系统的数字化实现
首先，调试ADC0804的测试程序，并用数码管进行实时显示。 显示要求为0.0～100.0。然后利用标定温度传感器所得的数据 进行变换系数的求取。注意为了减小CPU的计算量，可采用 定点数运算，及为了显示温度的小数点后一位，可将所有的温 度数据都×100，则折算系数计算公式为
➢ （二）设计一个数字式温度检测系统。焊 接PWM单元电路板，搭建系统硬件，下载 程序，实现设计。
➢ （三）问题与思考，任务拓展。
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7.1 数字式温度检测系统的组成
➢ 数字式温度测量系统是利用微处理器为核心而构 成的一种温度测量和显示系统，它主要有温度测 量单元，温度变送单元，模数转换单元，数据处 理分析单元以及显示单元等组成。
➢ 为了便于对温度测量系统的准确性进行验证，该 系统还具有可控加温环节，具体实现思路是采用 PWM方式驱动加热丝，完成温度的增加，从而减 小了系统标校和测试的工作量。
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6.4 温度检测系统的程序设计
➢ 例如：系统有四个按键，我们可以按照如下思想 进行规定：
➢ KEY1：实时温度显示按键，当按下此键系统显示 实时温度。
➢ KEY2：PWM占空比设定键，系统显示当前的占 空比，数据范围1～99。
➢ KEY3：占空比加1键，每按下一次，当前占空比 加1，加到99停止。
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6.3 温度检测系统的标校过程
1．传感器变送器的零点和满量程的标定
温度传感器的主要技术指标为：零点、满量程输出、 增益、以及线性度等。进行温度传感器的这几个指标的测 试过程，称为传感器的标定。
首先，准备一个烧杯的冰水混合物，将被标定温度变送器 和校准用热电阻Pt100都埋入到冰水混合物中，直到接Pt100的 标准表显示温度为0℃，再调节温度变送器的调零电阻，使得温 度变送器的输出为0V。然后再用加热装置加热烧杯的水并使其 沸腾，读取标准表所示的实际温度数，然后再调节温度变送器 的满量程调节电阻，使得其输出为5V。 反复进行零点和满量程标定若干次，直到合适为止，并记录此 时满量程所对应的实际输出电压和实际温度值，为下面的温度 测量的数字实现提供依据。
SHT数字温湿度测量仪设计方案
封面作者：PanHongliang仅供个人学习一、课程设计的目的及意义本设计是测控仪器与系统课程综合训练，同学们可以通过理论学习，课题选择，资料查询，软件查阅，软、硬件设计，系统调试等环节，巩固和提高所学的知识和应用水平，进一步学习和领会测控应用系统的开发方式和技巧，提高学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的实际动手能力。
学会提出问题，观察和分析问题，得到最终的科学的方法。
培养团队合作精神，严谨的工作作风，务实的工作态度。
为今后的毕业设计，及从事测控系统的设计与维护奠定坚实的基础。
二、设计内容采用将温度和湿度一起测量，即用一个温湿度传感器SHT11实现。
温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换和加热器等功能集合到一个芯片上，该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该信号首先进入微弱信号放大器进行信号放大，然后进入一个14位的A/D转换器，最后经过二线串行数字接口输出数字信号，采用数码管显示所测温度和湿度。
三、系统总体设计1、主要功能要求○1温度和湿度传感器均选用模拟类型，并完成其信号放大和传递电路的设计；○2AD转换采用8位并行的AD89C51；○3显示器件选择LED液晶显示；○4温度值和湿度值间隔轮流显示；○5单片机系统采用51单片机系统；○6完成硬件电路的设计和制作；○7完成软件程序的设计；○8完成整个系统的设计、调试和制作；2、整机设计框图及整机概述系统整机框图：图1整机概述转硬件设计4.1单片机采用Programmable俗称单片机。
造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，A TMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
数字温度测控仪课程设计
数字温度测控仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字温度测控仪的基本原理，掌握温度传感器的工作方式和特点；2. 学会解读数字温度测控仪的电路图，了解各部分功能及相互关系；3. 掌握数字温度测控仪的编程方法，实现对温度的实时监测与控制。
技能目标：1. 能够正确操作数字温度测控仪，进行温度的采集、处理和显示；2. 学会使用相关软件对温度数据进行实时监控和分析；3. 培养动手实践能力，能够独立完成数字温度测控仪的组装与调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理学科的热爱，激发探究科学技术的兴趣；2. 增强学生的团队合作意识，培养协同解决问题的能力；3. 培养学生严谨的科学态度，认识到科技发展对现实生活的影响。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论知识与实际操作，培养学生动手能力和创新能力。
学生特点：初三学生已具备一定的物理知识和实验技能，对新鲜事物充满好奇，具备一定的自主学习能力。
教学要求：注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，引导他们主动探究，提高解决问题的能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 温度传感器原理与分类；- 数字温度测控仪的电路组成与功能；- 编程基础及温度控制算法。
2. 实践操作：- 数字温度测控仪的组装与调试；- 温度数据的采集、处理与显示；- 编程实现对温度的实时监控与控制。
3. 教学大纲：- 第一阶段：理论知识学习（2课时）- 温度传感器原理与分类；- 数字温度测控仪电路组成与功能。
- 第二阶段：实践操作（4课时）- 数字温度测控仪的组装与调试；- 温度数据采集、处理与显示。
- 第三阶段：综合应用（2课时）- 编程实现对温度的实时监控与控制；- 分析温度控制算法在实际应用中的优化。
4. 教材章节及内容：- 教材第四章：传感器及其应用- 4.2节：温度传感器- 教材第五章：数字温度测控仪- 5.1节：数字温度测控仪的组成与工作原理- 5.2节：数字温度测控仪的编程与应用教学内容根据课程目标进行科学、系统地组织，确保学生在学习过程中掌握必要的理论知识，同时培养实践操作能力。
数字化温度测量仪的设计
目录第1章设计背景及思路 0第2章设计方案 (2)2.1 方案论证 (2)2.3方案特色 (2)第3章硬件系统组成 (3)3.1系统框图 (3)3.2硬件介绍 (4)3.2.1 电路原理图 (4)3.2.2 微处理器AT89S52 (4)3.2.3 温度传感器MAX6675 (5)3.2.4 AT89S52与传感器的接口电路 (6)3.2.5 LED显示电路 (7)第4章软件设计 (8)4.1主程序流图 (8)4.2初始化及温度读取 (8)第5章课设总结 (10)参考文献： (10)第1章设计背景及思路随着数字化技术的不断发展，传感器也得到了日新月异的发展，我们不再局限于从环境中采集来模拟信号，而是考虑如何得到可处理的数字信号，所以我们把温敏器件、A/D转换器、存储器集成在一起构成数字传感器。
在控制领域，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，而数字传感器与单片机更能够有机联系起来，传感器采集所需信息并且将其数字化，这样单片机就能够对其进行直接处理，从而实现两者的交互控制；其次由于单片机较强的核心控制能力，我们可以搭接辅助电路，进而得到实用的开发系统。
数字温度计可以采用这种模式，目前人们对其测量的准确性以及便捷性要求越来越高，如果我们从微控制器技术着手，那将很好解决这个问题。
本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，并且能对超限温度进行报警，此温度计既适合民用，在一定程度上也能满足工业或科研的需求。
该设计控制器使用单片机AT89S52，测温传感器使用MAX6675，用3位共阳极LED数码管实现温度显示,设计中的显示电路可使用译码器+LED，也可采用74LS164移位寄存器+LED，前者是并行传输数据，后者可在一定的时钟下串行传输。
超限报警电路采用蜂鸣器与NPN型三极管搭接成集电极开路，当单片机I/O口输出有效高电平，蜂鸣器就会长鸣。
数字温度测控仪设计方案
THANKS
建议在未来的设计中，采用更先进的传感器技术和数据处理算法，提 高测量的稳定性和精度。同时，加强设备的抗干扰能力，以适应更复 杂的应用环境。
对未来发展的展望
随着科技的不断进步和应用需求的不断变化，数字温度测控仪的发展将更加智能化、自动化 和个性化。
未来，数字温度测控仪将更加注重节能环保、人机交互、远程控制等方面的应用，以满足日 益增长的高效、便捷、安全的需求。
灰色系
灰色系给人以稳重、专业的感觉 ，适合用于工业控制等领域。
蓝色系
蓝色系给人以信任、专业的感觉 ，适合用于精密仪器等领域。
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测控仪性能测试与评估
测试环境与设备
要点一
测试环境
室内、室外、高温、低温等不同环境条件下的测试。
要点二
测试设备
数字温度计、数据采集器、计算机等用于数据记录和分析 的设备。
1. 数据整理
整理测试过程中记录的数据， 包括温度测量值、控制偏差值 、运行数据等。
3. 控制效果评估
根据控制精度测试结果，评估 测控仪的控制效果，分析偏差 产生的原因。
5. 功能评估
根据功能测试结果，评估测控 仪的功能完整性，分析可能存 在的缺陷。
07
设计总结与展望
设计总结
本次设计的数字温度测控仪能够实现高精度的温度测量和控温功能，同时具有操作 简便、安全可靠等特点。
05
测控仪外壳设计
外壳材料选择
耐高温材料
考虑到测控仪工作时的温 度范围，应选择能够承受 高温的材料，如不锈钢、 铝合金等。
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数字温度测控仪设计方案
目录
第一章设计思路及框图、原理图 (1)
1.1 设计目标 (1)
1.1.1 基本功能 (1)
1.1.2 可扩充功能 (1)
1.2 框图及原理图 (2)
1.2.1 框图 (2)
1.2.2 原理图 (2)
第二章工作原理描述 (3)
2.1 硬件 (3)
2.1.1 DS18B20简介 (3)
2.1.2 硬件系统组成 (4)
2.2 软件 (5)
第一章设计思路及框图、原理图
1.1 设计目标
1.1.1 基本功能
被测温度范围为0~100 C；
测试温度通过4位LED数码管显示；
温度下限为30℃，上限为50℃，超过上、下限温度具有报警功能，采用红、黄、绿三种发光二极管或声音作为报警提示。
1.1.2 可扩充功能
可按键设定温度下限值和上限值
1.2 框图及原理图
1.2.1 框图
1.2.2 原理图
DS18B20温度计电路原理图
(1)AT89C2051首先发出一个复位脉冲,使DS18B20复位:先将数据线拉低并保持480~960us,再释放数据线,由上拉电阻拉高15~60us后由DS18B20发出60~240us的低电平作为应答信号。
(2)AT89C2051对DS18B20写数据:先将数据线拉低1us以上,再写入数据;待写入数据变化15~ 60us后,DS18B20对数据线采样。
工作中要求主机写入数据到DS18B20的保持时间应为
60~120us, 2次写数据的操作时隙应大于1us。
(3)AT89C2051读DS18B20数据:AT89C2051先将数据线拉低再释放。
DS18B20在数据线上
从高电平跳低后15us内将数据送到数据线上,AT89C2051在15us后读取数据。
第二章工作原理描述
2.1 硬件
2.1.1 DS18B20简介
◆单总线接口方式:DS18B20与微处理器(如单片机)连接时仅需要一条口线(加上地线)即
可实现双向通讯。
◆使用中无需外部器件,以计数器原理工作,直接读出数字量,工作可靠,精度高,且通过编程
可实现9~12位数字读出方式。
◆供电方式可选:可由数据线供电,也可由外部电源供电,电压范围+3. 0V~+5. 5V。
◆测量范围-55e~+125e,分辨率0. 5e。
◆可设定非易失的报警上下限阀值,一旦测量温度超过此设定值,即可给出一报警标志。
◆利用每片DS18B20上全球唯一的64bit编码,可轻松组建测量网络。
◆多种封装形式可选,根据实际需要组建测温系统。
DS18B20引脚图
DS18B20内部结构
2.1.2 硬件系统组成
硬件电路由如下部分组成, 即键盘输入电路、单片机最小系统、时钟电路、复位电路、LED 显示驱动电路、3 位LED 显示器、蜂鸣器显示电路和温度检测电路。
1.单片机的选择
本系统选用了AT89Cxx 系列单片机AT89C2051, 它的片内程序存储器采用闪速存储器, 使程序的写入更加方便, 并且此芯片尺寸较小使整个硬件电路的体积更小此外还具有程序加密等功能。
2.LED 显示电路
单片机的并行口不能直接驱动LED 显示器, 必须采用专用的驱动电路芯片, 使之产生足够大的电流, 否则显示器亮度低并且驱动电路长期在超负荷下运行容易坏。
应根据所选择的显示方式来确定选择何种驱动器, 在本系统中采用的是动态显示故我们选取的是74LS48,在输入端输入要显示字形的BCD 码输出端就可以得到有一定驱动能力的七段显示字形码。
单片机P1 口的作为与LED 的输出接口, 低四位作LED 的段码输出信号, 高四位作为LED 位码的输出控制信号。
3.键盘输入电路
要输入设定的温度, 必须依靠键盘。
在单片机组成的测控系统及智能化仪器中, 用的最多的是非编码键盘。
本设计中用了四个按键, 故选用了独立式键盘。
电路由按键和四个上拉电阻组成, 按键名字分别命名为SET、ALM、+1、RET 键, 按键采用轻触开关, 电阻使用排电阻(4*1kΩ) 。
键盘直接与单片机的P3 口连接, 用P3.2、P3.3 引脚通过按键SET、ALM 接入两个外部中断的请求信号INT0、INT1; P3.0、P3.1 引脚作为I/O 口使用, 通过+1、RET 接入两个输入信号。
其中:
1)SET 键: 设定当前所需要的温度, 配合+1、RET 键来完成此功能。
当SET 键按下则INT0 产生一中断请求信号, CPU 转去执行中断服务程序。
设计INT0 的中断服务程序功能为调整当前的设定温度。
2)ALM 键: 设置上下限温度, 配合+1、RET 键来完成此功能。
当ALM键按下则INT1 产生一中断请求信号, CPU 转去执行中断服务程序。
设计INT1 的中断服务程序功能为输入上下限温度。
3)+1 键: 该键每按下一次, 就对温度调整加1。
4)RET 键: 对+1 调整位进行确认, 该键按下说明调整位的值已确定, 转去调整下一位。
硬件电路的设计只能保证按键信号的可靠输入, 要完成键盘的输入功能要靠软件编程来具体实现。
4.蜂鸣器电路
在系统温度达到上下限温度限制是有提醒信号产生可选择蜂鸣器来实现这一功能。
压电式蜂鸣器工作时需要10mA 电流, 设计时考虑了相应的驱动及控制电路。
5.时钟电路
选择石英晶振作为时钟组件, 接至单片机的XTAL1、XTAL2 引脚组成时钟电路。
2.2 软件
软件设计采用模块化的方法, 主要有主程序、键盘扫描以及按键处理程序、温度测试程序、数码管显示程序。
键盘扫描电路及按键处理程序: 实现键盘的输入按键的识别及相关处理。
温度测试程序: 对温度芯片送过来的数据进行处理, 进行判断和显示。
数码管显示程序: 向数码的显示送数, 控制系统的显示部分。
部分温度值及转换结果如表1所示。
DS18B20功能命令如表2所示。
主程序流程图
附录器件清单
所需器件数量
9012
开关若干
导线若干
参考文献
[1]李海玲、王航宇.基于A T89C51 ＆DS18B20的数字温度计设计[J].国外电子元器件,2008(11):82-84.
[2]明德刚.DS18B20在单片机温控系统中的应用[J].贵州大学学报(自然科学版),2006,23(1):106-110.
[3] 张玉建.基于DS18B20的温度检测系统[J].计算机与信息技术，2007(11):311-312.。