温度检测电路

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第１章 绪论

1.1 引言

温度检测在自动控制系统电路设计中的使用是相当广泛的，系统往往需要针对控制系统内部以及外部环境的温度进行检测，并根据温度条件的变化进行必要的处理，如：补偿某些参数、实现某种控制和处理、进行超温告警等。因此，对所监控环境温度进行精确检测是非常必要的，尤其是一些对温度检测精度要求很高的控制系统更是如此。良好的设计可以准确的提取系统的真实温度，为系统的其他控制提供参考；而相对不完善的电路设计将给系统留下极大的安全隐患，对系统的正常工作产生非常不利的影响。本文结合实践经验给出两种在实际应用中验证过的设计方案。

1.2 设计要求

1. 确定设计方案画出电路图 2. 完成所要求的参数计算 3. 对电路进行焊接与组装 4. 对电路进行调试 5. 写出使用说明书

1.2.1 设计题目和设计指标

设计题目：温度检测电路

技术指标：1. 量程：0-30摄氏度

2. 两位数码管显示

1.2.2 设计功能

1. 温度检测

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2. 信号调理 3. 数码显示

1.2.3 硬件设计

1.传感器可选择LM35（因为热敏电阻的精度不高）。 2.模数转换，译码可选择集成芯片ICL7107芯片。 3.显示电路可以选择数码管三位显示室温。

1.3 需要做的工作

1.器件选型 2.原理图绘制 3.各个流程设计 4.仿真之后做出实物

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第２章 电路的方框图

2.1 数字温度计电路原理系统方框图 数字温度计电路原理系统方框图，如图1-1所示。

图1-1 电路原理方框图

2.2 方框图工作流程介绍

通过温度传感器采集到温度信号，经过放大电路送到A/D转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。在温度采集过程中我们选择多种传感器进行比较，但我们最终选择LM35温度传感器，因为它校准方式简单，使用温度范围适中。在A/D转换和译码的过程中，我们选择了ICL7107芯片，因为他集模数转换与译码器于一体，使得外围电路简单，易于焊接，而且抗干扰能力强。

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第3章 单元电路设计和器件的选择

3.1 温度采集电路的设计

3.1.1 工作原理

传感器电路采用核心部件是 LM35AH，供电电压为直流15V 时，工作电流为120mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。LM35 AH具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例，0 ℃时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。因而，从使用角度来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。 LM35具有以下特点：

（1）工作电压：直流4～30V； （2）工作电流：小于133μA （3）输出电压：+6V～-1.0V （4）输出阻抗：1mA 负载时0.1Ω； （5）精度：0.5℃精度（在+25℃时）； （6）漏泄电流：小于60μA； （7）比例因数：线性+10.0mV/℃； （8）非线性值：±1/4℃；

（9）校准方式：直接用摄氏温度校准；

（10）封装：密封TO-46 晶体管封装或塑料TO-92 晶体管封装； （11）使用温度范围：-55～+150℃额定范围。

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Op－07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP-07具有非常低的输入失调电压，所以OP-07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP-07同时具有输入偏置电流低（OP-07A为±2nA）和开环增益高（对于OP-07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP-07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。 温度采集电路如图3-1所示。

图3-1 温度采集电路

3.1.2 内部电路框图及引脚功能

LM35引脚功能如图3-2。

图3-2 LM35引脚功能图

OP-07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚 6为输出，7接电

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源+。它的引脚图如图3-3所示

1 2 3 4 8 7 6 5 图3-3 OP-07引脚图

3.2 A/D转换以及数码管驱动电路的设计

3.2.1 工作原理

ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换器，同时包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7107可直接驱动共阳极LED数码管。ICL7107将高精度、通用性和真正的低成本很好的结合在一起，它有低于10uV的自动校零功能，零漂小于1uV/℃，低于10pA的输入电流，极性转换误差小于一个字。真正的差动输入和差动参考源在各种系统中都很有用。在用于测量负载单元、压力规管和其它桥式传感器时会有更突出的特点。ICL7107转化器原理图如图3-4所示。

图3-4 ICL7107转化原理图

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3.2.2 内部电路框图及芯片各引脚功能

ICL7107A\\D转换器的管脚排列及其各管脚功能如图3-5所示。 1 V+ OSC1 40 2 D1 OSC2 39 3 C1 OSC3 38 4 B1 TEST 37 5 A1 REF HI 36 6 F1 REF LO 35 7 G1 CREF+ 34 8 E1 CREF 33 9 D2 COMMON 32 10 C2 I CL7107 IN HI 31 11 B2 IN LO 30 12 A2 A-Z 29 13 F2 BUFF 28 14 E2 INT 27 15 D3 V- 26 16 B3 G2 25 17 F3 C3 24 18 E3 A3 23 19 AB4 G3 22 20 POL GND 21 图3-5 ICL7107管脚排列

3.3 温度显示电路的设计

数码管可以分为共阳极与共阴极两种，在本次设计当中，由于ICL7107的特点，它只能驱动共阳极数码管，故我们要选用共阳极七段数码管，在连接数码管时，我们要注意数码管各个管脚，而且在管脚之前要接上电阻，以免烧坏芯片和数码管。 如图3-6共阳极数码管内部结构。

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a G b c d e f g SP 图3-6 共阳极数码管内部结构

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第4章 整机电路的工作原理介绍

通过温度传感器LM35采集到温度信号，经过放大电路送到A/D转换器，然后通过译码器驱动数码管显示温度。ICL7107集A/D转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，省去了译码器的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是很高。ICL7107只需要很少的外部元件就可以精确测量0到200mv电压，LM35本身就可以将温度线性转换成电压输出。综上所述，采用LM35采集信号，用ICL7107驱动数码管实现信号的显示。

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第5章 电路的组装调试

5.1 合理布局

在制作电路的过程中，信号线能完成各种功能，如信号输入、反馈、输出以及提供基准信号等。因此，对于不同的应用，信号线都必须以各种方式进行优化。但是，有一个公认的准则就是在所有模拟电路中，信号线应尽可能的短，这是因为信号线越长，电路中的感应和电容耦合就越多，这是不希望看到的。所以在此电路的布线时采用直线最短的距离，以减少产生的干扰和损耗。此电路有数字部分和模拟部分，对数字电路部分的布局以模拟部分为例尽量以最短的距离进行连接。对不可避免要交叉的地方采用跳线的方式连接。电路以方框的布局连接，先是温度采集传感器紧接着是反向比例放大器和A/D转换、数码管驱动。对数码管显示部分采用直立式的焊接方式，这样的焊接方式虽然麻烦，但容易观察测量结果。

5.2 电路的调试与所用工具

5.2.1 电路的调试

在电路焊接完ICL7107、数码管及外围电路后，短接30和31脚观察数码管显示，若显示的数字在95到105之间说明ICL7107工作正常，实测显示97。整机电路焊接结束后测量LM35的2脚对地电压，观察电压是否随着温度的变化而变化，实测数值符合要求。电路上电观察数码管显示的数值和酒精温度计的数值进行比较，若数值的的波动比较大而快，调节ICL7107的35脚和36脚的R9，一面调节一面观察数值，直到数码管稳定显示，其数值和酒精温度计的显示一致。

5.2.2 调试所用工具：

一字螺丝刀，酒精温度计，电源箱，万用表等。

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结论

采用LM35温度传感器、ICL7107芯片。通过温度传感器LM35采集到温度信号，再将采集到的温度信号送入OP-07放大电路，再到A/D转换器，进行模数转换，然后通过译码器驱动数码管显示温度。

在这次设计当中，初步了解了AD转换器的工作原理以及数码管的连接方法，整个设计题目中信号采集电路比较重要，要对电路中各个元件数值进行精确的计算，防止电路输出变化太大，对测量不利。

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心得和体会

课程设计是培养我们综合运用所学知识,能够和同学一起团结协作解决实际问题,锻炼我们把书本知识付诸实践的一个关键环节,是对我们实际动手能力的具体训练和考察过程。

回想起近三周的课程设计，我想每个人都有万千感慨，从老师的动员会到选题到定稿，从理论到实践，我们发现、提出、解决过许多问题，在解决的过程中，可以说是遇到许多困难，但是我并不抱怨，因为在此过程中我们不仅可以巩固以前所学过的知识，还可以学到很多在书本上没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。我想不论是谁在这个学习的过程中都会遇到各种各样的问题，但只要我们认真努力、谦虚求教，就一定会把困难排除，也会从中发现自己的不足之处，比如我个人了解到自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得也不够扎实。

古语说：“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”求知的路上就是这样，我们总会“欲渡黄河冰塞川，将登太行雪满山”。可是汗水见证着每个人的收获，我们只要坚持不懈定会“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”。通过实习，我才真正的意识到到老一辈电子设计为我们的社会做出了多大的贡献。就我们的课程设计，我想说的是电子设计真的很辛苦，但这种苦的背后也有每个人心中的乐。本次课程设计是一个团队的任务，是考验我们相互帮助，配合默契的特殊时刻，大学不像高中大家每天都要坐在一起上课，

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因此和同学接触的比较少，可是这些天的合作，使得我和同学们之间的距离拉近了许多。当我们看到自己亲手焊接好的实物实现了应有的功能时，我们一起相拥，享受那一刻的快乐。

通过这次课程设计使我了解到理论与实际相结合是很重要的仅仅学会理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才真正算是学到了知识，掌握了本领，也提高自己的实际动手能力和独立思考的能力以及团队协作能力。

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致谢

首先，感谢学校为我们搭建此次课程设计的平台，使我们能够拥有这样的机会来实践课本知识，增强自己的动手能力。其次，我想对我的指导老师王振立老师说一句谢谢，因为从课程设计的最初以及设计的过程中，是他帮助我们解决了许多我们不懂的问题，由于老师的帮助，我们才能将一些困难迎刃而解。最后，我想感谢我同组的伙伴们，是他们让自己在学习中成长，也深刻的体会到团结合作的重要性。

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参考文献

[1] 郭 红 数字电子基础 人民邮电出版社 A/D译码部分 [2] 王立新、杨少卿 温度检测方法与温度传感器

[3] 杨素行 模拟电子技术基础 第三版 高等教育出版社 放大器部分

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附录1

电路原理图

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附录2

元件清单

元件名称 电阻 元件型号及参数 10K 100K 24K 1M 470K 1K 100 可调电阻 100K 1K 电容 0.1uF 0.01uF 0.22uF 100pF 0.047pF 芯片 数码管 - 17 -

个数 2 2 1 1 1 1 21 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 LM35 OP-07 ICL7107 共阳极数码管

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/30jw.html