项目引导.ppt
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项目引导热电偶测温系统设计与制作一、一、训练预期目的训练预期目的二、二、训练内容及要求训练内容及要求三、三、训练时间安排训练时间安排四、四、参考电路图参考电路图返回总目录返回总目录返回返回一、训练预期目的一、训练预期目的v通过通过测温系统的设计测温系统的设计,可加深对温度量的测量与可加深对温度量的测量与处理有关内容的理解和掌握。
同时使学生建立正处理有关内容的理解和掌握。
同时使学生建立正确的设计思路,掌握热电偶测温系统的基本配制。
确的设计思路,掌握热电偶测温系统的基本配制。
通过巩固和提高,使学生切实掌握热电偶测温系通过巩固和提高,使学生切实掌握热电偶测温系统的结构、工作原理、参数计算、实际布线等,统的结构、工作原理、参数计算、实际布线等,逐步了解实际工程的实现过程。
逐步了解实际工程的实现过程。
返回返回二、训练内容及要求二、训练内容及要求v设计内容:
设计内容:
v设计、安装、调试热电偶测温系统设计、安装、调试热电偶测温系统v设计要求:
设计要求:
v1、设计电路,选择元器件,装配并调试热电偶测温系统、设计电路,选择元器件,装配并调试热电偶测温系统v2、每人要独立完成设计过程,在设计中提高识图与制图、每人要独立完成设计过程,在设计中提高识图与制图能力,掌握查阅手册及使用国家标准和信息资料检索的能力,掌握查阅手册及使用国家标准和信息资料检索的能力;能力;v3、在规定时间能完成设计实训任务及相应资料、在规定时间能完成设计实训任务及相应资料返回返回三、训练时间安排三、训练时间安排v训练时间让学生利用业余时间自行制作。
主要程序如下:
训练时间让学生利用业余时间自行制作。
主要程序如下:
v熟悉设计内容,分组讨论设计方案,整理、收集资料,完成设计原理图;熟悉设计内容,分组讨论设计方案,整理、收集资料,完成设计原理图;v选择元器件规格、型号,制定电器元件明细表;选择元器件规格、型号,制定电器元件明细表;v元器件安装、接线,通电调试运行,并处理调试过程中出现的故障;元器件安装、接线,通电调试运行,并处理调试过程中出现的故障;v处理调试过程中出现的故障,同时要进行数据记录与处理,绘制温差与处理调试过程中出现的故障,同时要进行数据记录与处理,绘制温差与热电势特性曲线;热电势特性曲线;v总结,完成相关资料的撰写。
总结,完成相关资料的撰写。
返回返回四、参考电路图四、参考电路图返回返回三位半数字表头芯片ICL7101ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器,它的最大显示值为士1999,最小分辨率为100uV,转换精度为0.05士1个字。
能直接驱动共阳极LED数码管。
V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源。
提供基准电压!
实现自动调零和自动极性显示功能。
输入阻抗高,对输入信号无衰减作用。
芯片本身功耗小于15mw(不包括LED)。
噪音低,温漂小,具有良好的可靠性,寿命长。
不设有一专门的小数点驱动信号。
用+5v电压点亮基本电路及引脚功能基本电路及引脚功能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。
AB4:
千位笔画驱动信号。
POL:
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。
TEST:
测试端,该端经过500欧姆电阻接至逻辑电路的公共地。
VREFVREF-:
基准电压正负端。
CREF:
外接基准电容端。
IN和IN-:
模拟量输入端,分别接输入信号的正端和负端。
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0.47F,而2V满刻度是0.047F。
BUF:
缓冲放大器输出端,接积分电阻Rint。
其值在满刻度200mV时选用47K,而2V满刻度则使用470K。
关键点的电压:
芯片第一脚是供电,正确电压是DC5V。
第36脚是基准电压,正确数值是100mV,第26引脚是负电源引脚,正确电压数值是负的,在3V至5V都认为正常,但是不能是正电压,也不能是零电压。
芯片第31引脚是信号输入引脚,可以输入199.9mV的电压。
在一开始,可以把它接地,造成“0”信号输入,以方便测试。
比例读数:
把31脚与36脚短路,就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端,这时候,数码管显示的数值最好是100.0,通常在99.7100.3之间,越接近100.0越好。
如果差的太多,就需要更换芯片了。
ICL7107也经常使用在1.999V量程,这时候,芯片27,28,29引脚的元件数值,更换为0.22uF,470K,0.047uF阻容网络,并且把36脚基准调整到1.000V就可以使用在1.999V量程了。
集成运算放大器LM324该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
增益带宽:
1.2MH工作温度最低:
0C工作温度最高:
70CLM324的应用此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等。
电路无需调试。
放大器采用单电源供电,由R1、R2组成1/2V+偏置,C1是消振电容。
放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定:
Av=-Rf/Ri。
负号表示输出信号与输入信号相位相反。
按图中所给数值,Av=-10。
此电路输入电阻为Ri。
一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。
Co和Ci为耦合电容。
1LM324作反相交流放大器作反相交流放大器当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大。
此时运放便形成一个电压比较器,其输出如不是高电平(V+),就是低电平(V-或接地)。
图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器,电阻R1、R1组成分压电路,为运放A1设定比较电平U1;电阻R2、R2组成分压电路,为运放A2设定比较电平U2。
输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间,U2U1当UiU1时,运放A1输出高电平;当UiU2,则当输入电压Ui越出U2,U1区间范围时,LED点亮,这便是一个电压双限指示器。
U2U1,则当输入电压在U2,U1区间范围时,LED点亮,这是一个“窗口”电压指示器。
2LM324应用作比较器应用作比较器放大器的第I级主要用来提高整个放大电路的输入阻抗。
第II级采用差动电路用以提高共模抑制比电路中输入级由A3、A4两个同相输入运算放大器电路并联,再与A5差分输入串联的三运放差动放大电路构成,其中A1、A2是增加电路的输入阻抗。
电路优点:
差模信号按差模增益放大,远高于共模成分(噪声);决定增益的电阻(R1、Rp、R3)理论上对共模抑制比Kcmr没有影响,因此电阻的误差不重要。
当R3=R4,R5=R6时,两级的总增益为两个差模增益的乘积,即:
Avd=((Rp+2R1)/Rp)(R6/R4)3三运放差分电路三运放差分电路电桥电路v一般地,被测量是非常微弱的,必须用专门的电路来测量这种微弱的变化,最常用的电路就是各种电桥电路,主要有直流和交流电桥电路改变R1的大小常用电路常用电路如果R1=R2=R3=R4以单片机为核心的温控系统设计该控制器是以8951为控制核心,以电磁阀为驱动部件,以及温度采样、热电偶信号采样、显示等电路组成。
广泛用于发电厂和化工厂的测温系统!
本系统使用镍铬镍硅热电偶,被测温度范围为0655,冷端补偿采用补偿电桥法,采用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。
不平衡电桥由电阻R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、Rcu(铜丝绕制)四桥臂和桥路稳压源组成,串联在热电偶回路中。
Rcu与热电偶冷端同处于0,而R1=R2=R3=1,桥路电源电压为4V,由稳压电源供电,Rs为限流电阻,其阻值因热电偶不同而不同,电桥通常取在20时平衡,这时电桥的四个桥臂电阻R1=R2=R3=Rcu,a、b端无输出。
当冷端温度偏离20时,例如升高时,Rcu增大,而热电偶的热电势却随着冷端温度的升高而减小。
Uab与热电势减小量相等,Uab与热电势迭加后输出电势则保持不变,从而达到了冷端补偿的自动完成。
(1)热电偶温度传感器实际电路中,从热电偶输出的信号最多不过几十毫伏(30mV),且其中包含工频、静电和磁偶合等共模干扰,对这种电路放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗,因此宜采用测量放大电路。
测量放大器又称数据放大器、仪表放大器和桥路放大器,它的输入阻抗高,易于与各种信号源匹配,而它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小,并且温漂较小。
由于时间温漂小,因而测量放大器的稳定性好。
在此电路中,只要运放A1和A2性能对称(主要指输入阻抗和电压增益),其漂移将大大减小,具有高输入阻抗和共模抑制比,对微小的差模电压很敏感,适宜于测量远距离传输过来的信号,因而十分易于与微小输出的传感器配合使用。
RW是用来调整放大倍数的外接电阻,在此用多圈电位器。
(2)测量放大电路ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分型12位A/D转换器。
由于目前12位逐次逼近式A/D转换器价格较高,因此在要求速度不太高的场合,如用于称重测压力、测温度等各种传感器信号的高精度测量系统中时,可采用廉价的双积分式12位A/D转换器ICL7109。
ICL7109有两种接口方式,一种是直接接口,单片机对转换后的数据分高位字节和低位字节进行读数。
另一种是挂钩接口,适用于远距离的数据采集系统。
(3)A/D(模数)转换电路本系统采用直接接口方式,7109的MODE端接地,使7109工作于直接输出方式。
振荡器选择端(即OS端,24脚)接地,则7109的时钟振荡器以晶体振荡器工作,内部时钟等于58分频后的振荡器频率,外接晶体为6MHz,则时钟频率=6MHz/58=103kHz。
积分时间=2048时间周期=20ms,与50Hz电源周期相同。
积分时间为电源周期的整数倍,可抑制50Hz的串模干扰。
(4)ICL7109与与89C51的接口的接口采用3位LED数码管显示器,数码管的段控用P1口输出,位控由P3.0、P3.1、P3.2控制。
7407是6位的驱动门,它是一个集电极开路门,当输入为“0”时输出为“0”;输入为“1”时输出断开,须接上位电路。
共用两片7407,分别作为段控和位控的驱动。
数码管选共阳极接法,当位控为“1”时,该数码管选通,动态显示用软件完成,节省硬件开销。
硬件原理如图1所示。
(5)显示电路显示电路ICL模块:
从A/D转换器读取结果的模块,它连续读3次,读出3个结果分别存放于内部30H35H单元(双字节存放)。
WAVE数字滤波模块:
它是将ICL模块输出的3个结果排序,取中间的数作为选用的测量值。
此模块可以避免因电路偶然波动而引起的脉冲量的干扰,使显示数据平稳。
MODIFY模块:
它是补偿热电偶冷端器25时的量值,相当于仪表中的零点调到25,称此模块为零点校正模块(此温度为室温)。
YA查表模块:
它是核心模块。
表格数据是按一定规律增长的数据(0655),表格中电压值与温度值一一对应,表格中的电压值是热电偶输出信号乘以放大倍数(150)以后的结果,变成十六进制数进行存放,低位在前,高位在后,因而它的数据地址可以代表温度值,用查找的内容的地址减去表格首地址0270H后再除以2(双字节存放)即为温度值。
此数据为十六进制数还需进行二十进制转换(CLEAN),再送显示器显示。
查表法:
采用二分查找法,DP先找对半值(MIDDLE)同转换数据比较(COMPARE),看属哪一半,修改表格上下限值,再进行对半比较,经过若干次后,直到找到数据为止,如果找不到,也就是说被转换数据介于表格中两相邻值之间,则再调用取近值模块(NEA
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